滚动轴承以及包括该滚动轴承的传感器组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及润滑脂润滑的滚动轴承，设及一种传感器组件并且设及一种在润滑脂 润滑的轴承中检测腐蚀的方法。
【背景技术】
[0002] 腐蚀是许多工业应用中润滑轴承失效的重要原因。当今，还没有在轴承的使用寿 命中检测腐蚀风险的切实可行的方法。
[0003] 标准的程序是在实验室中提取润滑脂样品并且分析润滑脂。然而，不能保证该样 品是代表性的润滑脂包，并且从现场到实验室，所测量的潮湿度受时间的推移W及周围溫 度变化的影响。虽然广泛地进行润滑脂取样，但对于腐蚀仍然是贫乏的预防措施。
[0004] 近来，已经尝试引进检查润滑脂光学的激光设备，并且要求检测水含量。怀疑的是 关于该相当复杂和昂贵的技术的功效。
【发明内容】
[0005] 本发明试图提供一种滚动轴承W及包括该滚动轴承的传感器组件，该滚动轴承实 现用于润滑脂润滑的滚动轴承的可靠的腐蚀检测系统，优选地，该腐蚀检测系统还对检测 润滑脂润滑剂的水污染敏感。
[0006] 本发明设及一种滚动轴承，其包括至少两个轴承圈，W及布置在轴承圈之间的空 间中的一排滚动元件，其中所述轴承圈之间的空间充满润滑脂，并且至少其中的一个轴承 圈由钢制成。
[0007] 为了能够可靠的检测风险和/或腐蚀的速度，所提供的是滚动轴承包括由非铁材 料制成的至少一个电极，其中所述电极的至少一个表面与润滑脂接触。优选地，非铁材料作 为阴极并且可W是铜、碳或者锋，该非铁材料具有平板或围绕轴承延伸的环的形式。在一简 单并节约成本的实施例中，电极可W是围绕轴承延伸的铜线。总之，电极必须同作为第二电 极的至少一个轴承圈绝缘，优选地，传感器组件的阳极采用非铁电极。
[0008] 轴承圈W及钢轴通常由较低电化学等级的材料构建，并且作为用于腐蚀反应的电 子牺牲源。监测电极与轴承圈之间的电流流动给出了在轴承中发生的腐蚀速度的指示。
[0009] 在润滑脂润滑的轴承中发生的典型的氧化反应中，如果在由电极和其中一个轴承 圈形成的电化学单元中存在阴极反应的话，铁和钢自然地在阳极上氧化成Fe+2。运导致电 动势。然而，在该电化学单元中电流将不流动直到发生阴极反应。在允许电流流动的阴极 上可发生多个反应。可W还原水或水合氨离子化3〇+)W形成氨气。在水存在形式下也可 W还原氧（形成0H)或者可W还原Fe+2或化+3。所有的运些反应需要润滑脂中存在水或 氧，使基本上无电流流动直到轴承潮湿或者腐蚀。腐蚀产生增加单元中电流流动的丰富的 电化学活性物质。非铁电极能够从还原反应中获得电子并且产生能够实现可靠检测的电流 密度，甚至在电极之间存在润滑脂的情况下也能产生。
[0010] 传感器W及监测系统可W实现的是，通过检测非铁电极与轴承的固定圈之间的电 压/电流特性的变化，检测如上文所述的润滑轴承中腐蚀的发生。随着润滑脂湿度的增加， 电阻下降。运能够给出腐蚀风险的指示，但是测量可能被其它影响电阻的因素所干扰。
[0011] 本发明还提出所述电极的一个表面面对滚动元件，两者之间的间隙充满润滑脂。 重要的是保持该系统的阳极与阴极之间的润滑脂薄膜。润滑脂膜应是滚动轴承中的代表性 的活性润滑剂。因此，阴极与作为阳极的滚动轴承之间的润滑脂需要连续地更新或重新取 样，并且膜的厚度需要保持在最小值。为了实现该目标，电极的位置靠近滚动元件时非常有 利的，因为通过的滚动元件将连续地移动和替换间隙中的润滑脂。
[0012] 根据本发明的另一方面，至少一个轴承圈包括用于连接在轴承圈与电极之间施加 电压的传感器导线的装置。该装置可W是导线、用于导线的接线端或者用于连接导线的连 接器。
[0013] 在本发明的一简单并节约成本的实施例中，电极由铜制成。根据特定的应用，锋或 碳可W是合适的替代物。
[0014] 根据本发明的另一方面，滚动轴承包括密封件，其中所述电极集成在该密封件中。 该集成导致紧凑且坚固的设计。本发明还建议电极形成为导电橡胶圈，其可由碳加载橡胶 材料制成。
[0015] 本发明的另一方面设及一种传感器组件，其包括前面所述的滚动轴承W及连接至 电极并连接至至少一个轴承圈的检测器电路，其中检测器电路配置成测量流过电极与轴承 圈之间的润滑脂的电流。电极或各电极经由电流传感器W及可选的可变电压源电连接至轴 承圈。检测器电路形成为安培检测器或其作用相似于安培检测器，尤其是，检测器电路可W 是皮可安培计（picoammeter)，即，适于测量10I2量级电流的安培计。
[0016] 根据本发明的另一方面，传感器组件配置成在电极上施加负偏压。如在下文中进 一步详细的说明，本发明的发明人发现，在湿润的情况下，负偏压可W导致腐蚀电流量级的 增加。优选地，负偏压具有-0.5V至-1.5V之间的数值，优选地大致为IV。参照轴承圈的电 位测量偏置电流，该轴承圈通常接地但并非必须接地。
[0017] 施加于工作电极的电位增加腐蚀检测系统的灵敏度。将皮可安培计简单地连接至 铜阴极/湿润滑脂/轴承钢阳极不能提供测试轴承的干燥系统与湿腐蚀状况之间的足够的 信号差异。运是由于该系统的电流/电压响应。使用皮可安培计而不采用偏置电压测量非 常接近于相当于潮湿、干燥W及腐蚀轴承的等吸光点（isosbesticpoint)的电化学等价物 的电流。使用安培检测器W及在阴极上施加的大约-IV的电压在潮湿、腐蚀系统的腐蚀电 流中提供超过20倍的增加并且能够基于所测量电流的大小实现潮湿腐蚀滚动轴承与干燥 腐蚀滚动轴承之间的差异。
[0018] 在本发明的优选实施例中，传感器组件包括微处理器，其配置成从安培检测器电 路中的信号来确定表示轴承腐蚀风险的参数。
[0019] 此外，本发明还提供一传感器组件，其包括用于评估表示腐蚀风险的参数的装置 W及如果评估表明高腐蚀风险则输出警报信号的装置。用于输出警报信号的装置可W形成 为信号发射装置或者形成为诸如发光二极管的视觉或光学警报装置。
[0020] 在本发明优选的实施例中，传感器组件包括电子电路，其包括至少一个安培检测 器电路或微处理器，其中所述电子电路安装在轴承的密封件上。运种集成能够实现坚固且 紧凑的设计。
[0021] 本发明还提供一电子电路，其包括用于产生形成轴承运动的电能的装置W及用于 从安培检测器电路或微处理器发送信号的无线发射器。用于产生电能的装置可W是使用正 在通过的滚动元件的振动或振荡的采集器，并且该装置可W包括压电元件或适用于该目的 线圈。
[0022] 用作腐蚀检测系统的电化学单元使用滚动轴承作为阳极，铜片作为阴极，并且润 滑脂作为两电极之间的介质。从色谱领域已知，用于感应水污染W及滚动轴承腐蚀的电子 装置是一个简单的安培检测器。该电路允许将电压施加于工作电极（铜电极），同时保持轴 承作为辅助电极（接地）。通过检测早期腐蚀，预防措施可W落实到位W避免轴承失效。
[0023] 本发明的另一方面设及一种用于在上文所描述类型的润滑脂润滑轴承中检测腐 蚀的方法。其提出电极用于测量在润滑脂中由电活性物质携带的电流并且基于所测量的电 流用来确定关于轴承腐蚀过程的至少一个参数。在一优选的实施例中，该方法包括在电极 上施加如上文描述的负偏压。
[0024] 本发明的上述描述W及所附的权利要求书，附图和下文优选实施例的描述示出了 本发明在特定的组合中的多个特征。本领域技术人员将能够容易地考虑到运些特征的其它 组合或子组合，W便针对他或她的特定需求适应如权利要求中所限定的本发明。
【附图说明】
[00巧]图1是表示包括根据本发明的轴承的传感器组件的示意图；
[0026] 图2是示出了图1系统的塔菲尔曲线分析（Tafelplotanalysis)的半对数曲线 图；
[0027] 图3是等价于图2的塔菲尔曲线图的直线图。
【具体实施方式】 阳02引图1示出了根据本发明的滚动轴承。该轴承包括两个轴承圈，即，外圈10W及内 圈12,W及布置于轴承圈10、12之间的空间内的一排滚动元件14。该轴承是润滑脂润滑轴 承，并且轴承圈10、12之间容纳滚动元件14的空间除了滚动元件14外充满了润滑脂16。 轴承圈10、12W及滚动元件14由标准的导电轴承钢制成。
[0029] 滚动轴承包括由铜制成的至少一个电极18,面对轴承圈之间空间的该电极的表面 直接接触润滑脂16并且完全由润滑脂16覆盖，润滑脂16完全地充满内圈10、外圈12与滚 动元件14之间的空间W及滚动元件14与工作电极18之间的轴向间隙。铜工作电极18具 有平板或围绕轴承延伸的环的形式。电极18与接地的轴承圈10、12绝缘并且与形成为滚 珠形式的滚动元件14绝缘。轴承的外圈12作为第二电极，即，阳极。
[0030] 由于滚动元件14W及轴承圈10、12的高导电性