专利名称：轴承装置、检测轴承装置的轴承表面磨损的方法和轴承装置的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴承装置，其包括具有轴承表面的第一部件，具有由导电材料制成的并被布置为与第一部件的轴承表面滑动接触的表面的第二部件，以及用于检测轴承表面磨损的装置，如权利要求I前序部分的定义。本发明还涉及如权利要求10前序部分所定义的一种用于检测轴承装置中的轴承表面磨损的方法，和如权利要求13所定义的轴承装置在内燃发动机的涡轮增压器中的应用。
背景技术：
轴承是常见的机械零件，可用于部件之间相互运动的任何地方。该运动通常是转动或线性运动，但运动路径也可以是不同的，例如圆弧状。不同类型的轴承用于不同的应用，范围从手表中使用的微小宝石轴承到重型机械或桥梁和其它建筑的支撑结构中使用的非常大的轴承。轴承的寿命取决于许多因素，例如运动的类型，负载和轴承的使用状况。对轴承寿命的估计可以具有一定精度，但是轴承的准确寿命不能预先知道。在许多应用中，轴承故障可能会导致大破坏。例如，在内燃发动机的涡轮增压器中，出现故障的轴承可能意味着不仅是它还有整个涡轮增压器都需要更换。自然，这通常要比在轴承发生故障之前更换轴承昂贵得多。可以在其预计使用寿命到期之前及时地将轴承更换为新的，但是这将导致更高的成本，因为需要额外的工作和备件。而且，在许多情况下，这会导致不期望的和昂贵的额外停机。理想的情况是具有一种装置，其可以监测轴承的状况，并且在其发生故障之前允许更换轴承，但不是太早更换。已经开发了各种各样的用于监测轴承磨损的系统。专利申请公开US2007/0017280 Al公开了一种用于监测大型二冲程内燃机中的轴承磨损的装置。该装置包括两个接近传感器，其用于检测在冲程下死点中心的导靴位置。对经过一段时间检测到的导靴位置进行比较以得到轴承磨损的指示。这种类型的装置仅给出轴承状况的间接指示并且仅适用于有限范围的应用。另外，这种类型的装置需要对不同的发动机温度，转速和负载进行校准。专利公开US 6, 080, 982 A公开了用于检测轴承磨损的另一系统。根据该公开，光纤细丝嵌入在轴承表面。当表面磨损时细丝就磨损；并且根据观察到的经由细丝透射光量，可以确定轴承表面的磨损。这种系统的缺点包括光纤细丝的属性限制了可以使用该系统的应用场合。例如，光纤细丝具有一定的最小弯曲半径，其决定了细丝可以应用的轴的最小半径。细丝的耐热性也是考虑该系统不同应用场合时的限制因素
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的轴承装置，其包括用于检测轴承表面磨损的装置。本发明的另一目的是提供一种用于检测轴承装置中的轴承表面磨损的方法。权利要求I的特征部分给出了根据本发明的轴承装置的特征。权利要求10的特征部分给出了根据本发明的方法的特征。权利要求13给出了根据本发明的应用的特征。根据本发明的轴承装置包括具有轴承表面的第一部件，和具有由导电材料制成的并被布置为与第一部件的轴承表面滑动接触的表面的第二部件。该轴承装置还包括用于检测轴承表面的磨损的装置，该装置包括被布置在第一部件内的传感器，该传感器至少部分由导电材料制成并包括第一区域和第二区域。该第一区域电连接至第二部件的表面，从而当轴承表面是完整无损时形成一个断开的电路，并且当轴承表面磨损减小至一预定厚度时，传感器的第二区域与第二部件的表面电接触从而闭合电路。用于检测轴承表面的磨损的装置进一步包括检测电路的闭合的装置。根据本发明的轴承装置具有简单和廉价的结构并可以在不同应用中使用。它提供了及时检测轴承故障并避免修配成本高的可靠装置。它可被用于人工监测轴承状态，或也 可以是全自动化监测系统的一部分。根据本发明，检测包括具有轴承表面的第一部件和具有由导电材料制成的并被布置为与第一部件的轴承表面滑动接触的表面的第二部件的轴承装置的轴承表面的磨损的方法包括为传感器设置第一部件的步骤，该传感器至少部分由导电材料制成并包括第一区域和第二区域，该第一区域电连接至第二部件的上述表面，从而当轴承表面是完整无损时形成一个断开的电路，并且当轴承表面磨损减小至一预定厚度时，传感器的第二区域与第二部件的表面电接触从而闭合电路。该方法进一步包括检测电路的闭合的步骤。根据本发明的实施例，用于检测电路的闭合的装置包括测量在传感器与第二部件的上述表面之间的电阻的装置。根据本发明的另一实施例，该电路包括电压源并且用于检测电路的闭合的装置包括用于测量电路中的电流的装置。本发明的实施例的其它特征都列举在从属权利要求中。
图I示意性地示出了根据本发明的推力轴承装置的剖面图。图2示意性地示出了根据本发明的另一推力轴承装置的剖面图。图3示意性地示出了根据本发明的另一类型的轴承装置的剖面图。图4示意性地示出了根据本发明的又一类型的轴承装置的局部剖面图。
具体实施例方式现在参照附图描述本发明的一些实施例。图I示出了本发明关于推力轴承的实施例。图I的轴承装置被设计为允许在两部件之间的旋转运动以及用于承载轴向负载。该轴承装置可用于比如支撑内燃发动机的涡轮增压器的主轴，不过这种类型的轴承装置也可以用于许多其它应用中。轴承装置包括静止的第一部件I、和第二部件2，第二部件是与第一部件I滑动接触的推力盘。该第一部件I具有轴承表面la，推力盘2抵靠着该轴承表面Ia转动。在许多应用中，最好是在第一部件I和第二部件2之间配置润滑，但并不是所有的情况下都有必要。第一部件1，轴承表面Ia和推力盘2的材料取决于轴承装置的应用场合。第一部件I的材料需要足够的硬度以用于正在讨论的应用并且具有足够的机械强度以承受其必须承载的负载。第一部件I的材料还可以进行选择使得在轴承装置应用时具有足够的耐化学性，耐压性和耐热性。在许多应用中，第一部件I优选由合金制成，例如钢，但许多其它材料，例如不同的聚合物，复合材料或者甚至木材也适用于许多应用。在第一部件I中使用的那些材料同样适用于推力盘2。然而，对于本发明的工作，抵靠着第一部件I的轴承表面Ia滑动的推力盘2的至少一部分表面由导电材料制成是有必要的。因此，诸如钢这样的合金通常是推力盘2的最合适材料。如果推力盘2的主体是由非导电材料制成的，那么可以采用导电材料涂敷推力盘2。还可以仅涂敷推力盘2的与轴承表面Ia接触的部分表面。第一部件I的轴承表面Ia优选由耐磨损并且针对推力盘2有低摩擦系数的材料制成。在许多情况下，轴承表面Ia也可优选由比推力盘2的材料更软的材料制成使得轴承表面Ia的磨损比推力盘2更快。轴承表面Ia的合适材料是例如不同的金属和合金，比如铜系合金，铝系材料或白色合金。根据应用，非金属材料，如碳-石墨或不同的塑料的也可以 适用。轴承表面材料的选择取决于轴承装置的使用。不同的速度，负载，温度和其它条件，以及布置润滑的可能性，都影响材料的选择。整个第一部件I可由同样的材料制成，或可选择地第一部件I的主体与轴承表面Ia的材料不同。在第一部件I内设置传感器3，其具有由导电材料制成的传感器核心3a。传感器核心3a的材料可以是金属或合金，但也可使用其它导电固体材料。在图I的实施例中，传感器还包括绝缘层3b，其将核心3a与第一部件I电绝缘。该绝缘层3b围绕传感器核心3a进行设置并覆盖传感器核心3a的两端。绝缘层3b由非导电材料制成，例如合适的聚合物。传感器核心3a和绝缘层3b被嵌入在传感器主体3c内，该传感器主体3c用于将传感器3固定到第一部件I。传感器主体3c可由任意具有适合用于固定部件的机械性能的材料制成。该材料可以是导电的或非导电的。根据本发明，传感器主体3c和绝缘层3b不是轴承装置的必要基本部件。如果第一部件I由非导电材料制成，则不必要具有绝缘层3b。如果传感器核心3a具有合适的结构和材料，则不需要传感器主体3c，但传感器核心3a可形成整个传感器3并且直接安装到第一部件I。传感器主体3c和绝缘层3b是同一部分也是可能的。在第一部件I不与推力盘2的表面电接触的情况下，绝缘层3b也是多余的。这要求至少轴承表面Ia由非导电材料制成以及第一部件I或推力盘2与使用轴承装置的设备的框架电绝缘。这可以是例如推力盘2由非导电材料制成且仅有与轴承表面Ia接触的表面是导电的情形。然而，在大多数情况下，优选传感器核心3a与第一部件I绝缘。传感器核心3a具有在其一端的第一区域3d和在其另一端的第二区域3e。第一区域电连接到推力盘2的表面。在图I的实施例中，使用导体4实现这种连接。如图I所示，推力盘2还连接到地。如果第一部件I由导电材料制成，并且传感器核心3a不与第一部件I电绝缘，那么导体4可以连接到第一部件I而不是连接到传感器核心3a。如果使用轴承装置的结构的一些其它位置电连接到传感器核心3a，那么也可以将导体4连接到那一部分。在如图I所示的实施例中，传感器3设置在第一部件I内，使得传感器主体3c和绝缘层3b的另一端与轴承表面Ia平行。传感器核心3a的另一端位于与推力盘2的表面相距距离A处。设置距离A使得它是轴承表面Ia的最大允许磨损。例如，如果轴承表面Ia允许磨损2毫米，那么传感器核心3c的另一端距推力盘2的距离A设置为2毫米。当推力盘2抵靠着轴承表面Ia转动时，轴承表面Ia渐渐磨损。一旦轴承表面Ia磨损得足够多，导电的传感器核心3a就显露出来并且引起第二区域3e与推力盘2的表面接触使得形成闭合的电路。图I示出了一个拉长的传感器3，但传感器3的形状也可以是不同的。例如，传感器核心3a可以是金属盘，其中另一个面形成第一区域3d且另一个面形成第二区域3e。在电路中，还设置有用于检测电路闭合的装置。在图I所示的实施例的情况下，该装置是欧姆计5。当电路断开时，欧姆计5显示无穷大的电阻，并且当电路闭合时，它的读数下降至接近零。还有其它方法来检测电路的闭合。例如，在图2的实施例中，电路包括电压源6，并且测流计7用于检测电路的闭合。在断开的电路中，没有电流，并且测流计7显示零电流。当电路闭合时，测流计7显示较高的读数，准确的读数取决于电路的电压和电阻。 根据使用轴承装置的应用场合，可以采用不同措施来检测电路的闭合。在相对低的负载和速度的应用中，在使用轴承装置的设备的外部具有检测电路的闭合的装置可能是足够的，并且例如每天检查轴承表面的状态。如果注意到轴承表面已经磨损到预定厚度，则停止设备并更换磨损部件。在其它应用中,其中磨损的轴承表面可能导致对轴承装置和/或使用轴承装置的整个设备的严重损害，优选地将电路连接至产生报警信号的系统并且设备操作者可以停止设备。在一些情况下，当检测到电路的闭合时设备自动关闭也是优选的。相同类型的磨损检测装置还可用于除了推力轴承装置之外的其它类型的轴承装置中。图3中示出了本发明的另一实施例，其中第一部件I是支撑第二部件2的套管，第二部件2是与套管I滑动接触的轴。轴2可以相对于套管I转动或线性运动。在图3的实施例中，传感器3包括传感器核心3a和绝缘层3b，但不包括传感器主体。但是，轴承装置与图I的轴承装置以同样的方式运行。在图3中，示出了用于检测电路的闭合的欧姆计5，但本领域技术人员可以理解，也可采用测流计或其它设备来代替欧姆计。图4示出了本发明的又一实施例。在图4的实施例中，第一部件I是具有设置于其外表面的轴承表面Ia的轴。第二部件2是与第一部件I滑动接触的套管。运动可以是转动或直线运动。图4示出了包括传感器核心3a和绝缘层3b的传感器3是如何设置在轴内的。传感器3和轴承表面Ia被设置在轴I的几乎整个长度，但特别在转动的情况下，它们可仅被设置在轴I的较短部分。即使轴承装置被设计为用于直线运动，传感器3也可位于一点。轴承装置的操作原理与图I的轴承装置是一样的。在这个实施例中，第一区域3d位于传感器3的一端,并且第二区域3e在传感器3的长的一侧。本领域技术人员可以理解，电路仅在图中示意性地表示。这样，不必要把导体放置为靠近与第一部件的轴承表面接触的第二部件表面的部分。如果第二部件由导电材料制成，则导体可以被固定到第二部件的任何点。在一些情况下，不必要具有任何固定到第二部件的导体，但其中使用轴承装置的结构的某些部分被用作导电元件。也显而易见的是，传感器可被设置在轴承装置的静止或运动部分。在所附权利要求书的范围内，本发明的许多其它变形是可能的。
权利要求
1.一种轴承装置，所述轴承装置包括第一部件(I)和第二部件(2)，所述第一部件(I)具有轴承表面(Ia)，所述第二部件(2)具有由导电材料制成的且被布置为与所述第一部件(1)的所述轴承表面(Ia)滑动接触的表面，所述轴承装置进一步包括用于检测所述轴承表面的磨损的装置，其特征在于，所述用于检测所述轴承表面的磨损的装置包括布置在所述第一部件(I)内的传感器(3)，所述传感器(3)至少部分地由导电材料制成且包括第一区域(3d)和第二区域(3e)，所述第一区域(3d)电连接至所述第二部件(2)的所述表面，使得当所述轴承表面(Ia)完整无损时形成断开的电路，当所述轴承表面(Ia)磨损减小至一预定厚度时，所述传感器(3)的所述第二区域(3e)与所述第二部件(2)的所述表面电接触从而闭合所述电路，所述用于检测所述轴承表面的磨损的装置进一步包括用于检测所述电路的闭合的装置。
2.根据权利要求I所述的轴承装置，其特征在于，所述用于检测所述电路的闭合的装置包括用于测量在所述传感器(3)和所述第二部件(2)的所述表面之间的电阻的装置(5)。
3.根据权利要求I所述的轴承装置，其特征在于，所述电路包括电压源￠)，并且所述用于检测所述电路的闭合的装置包括用于测量所述电路中的电流的装置(7)。
4.根据权利要求I到3中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述传感器(3)的导电部分与所述第一部件(I)电绝缘。
5.根据权利要求4所述的轴承装置，其特征在于，所述传感器(3)包括导电的传感器核心(3a)和围绕所述传感器核心(3a)布置的绝缘层(3b)。
6.根据权利要求I到5中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述传感器(3)包括传感器主体(3c)，所述传感器主体(3c)用于将所述传感器(3)固定到所述第一部件(I)。
7.根据权利要求I到6中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述第二部件(2)是推力盘，并且所述第一部件(I)的所述轴承表面(Ia)被布置为承载由所述推力盘传递的轴向负载。
8.根据权利要求I到6中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述第一部件(I)是轴，所述第二部件(2)是套管，所述第一部件(I)的所述轴承表面(Ia)被布置为承载由所述套管传递的径向负载。
9.根据权利要求I到6中的任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述第二部件(2)是轴，所述第一部件(I)是套管，所述套管在内表面上具有所述轴承表面(Ia)且围绕所述轴布置以承载径向负载。
10.一种用于检测轴承装置中的轴承表面(Ia)的磨损的方法，所述轴承装置包括第一部件(I)和第二部件(2)，所述第一部件(I)具有轴承表面(Ia)，所述第二部件(2)具有由导电材料制成的且被布置为与所述第一部件(I)的所述轴承表面(Ia)滑动接触的表面，其特征在于，所述第一部件(I)设置有传感器(3)，所述传感器(3)至少部分地由导电材料制成且包括第一区域(3d)和第二区域(3e)，所述第一区域(3d)电连接至所述第二部件(2)的所述表面，使得当所述轴承表面(Ia)完整无损时形成断开的电路，当所述轴承表面(Ia)磨损减小至一预定厚度时，所述传感器(3)的所述第二区域(3e)与所述第二部件(2)的所述表面电接触从而闭合所述电路，并且检测所述电路的闭合。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，测量在所述传感器(3)和所述第二部件(2)的所述表面之间的电阻以检测所述电路的闭合。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将电压提供给所述电路，并且测量所述电路中的电流以检测所述电路的闭合。
13.根据权利要求I到8中的任一项所述的轴承装置在内燃发动机的涡轮增压器中的应用。
全文摘要
一种轴承装置，其包括具有轴承表面(1a)的第一部件(1)，具有由导电材料制成的且被布置为与轴承表面(1a)滑动接触的表面的第二部件(2)，以及用于检测轴承表面磨损的装置。该磨损检测装置包括布置在第一部件(1)内的传感器(3)，该传感器(3)至少部分地由导电材料制成且包括第一区域(3d)和第二区域(3e)。该第一区域(3d)电连接至第二部件(2)的表面使得当轴承表面(1a)完整无损时形成断开的电路，并且当轴承表面(1a)磨损减小至一预定厚度时，该第二区域(3e)与第二部件(2)的表面电接触从而闭合电路。该磨损检测装置进一步包括用于检测电路的闭合的装置。本发明还涉及一种用于检测轴承表面的磨损的方法和轴承装置在内燃发动机的涡轮增压器中的应用。
文档编号G01M13/04GK102918374SQ201180020158
公开日2013年2月6日 申请日期2011年3月9日 优先权日2010年4月20日
发明者T·诺德曼 申请人:瓦锡兰芬兰有限公司