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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A STATE VARIABLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/121689
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for determining a state variable, which device comprises: a first element (110) and a second element (120), which are designed to contact each other by means of a lubricant and to move relative to one another; an evaluation unit (130); a first electrical connection (140) between the evaluation unit and the first element; and a second electrical connection (150) between the evaluation unit and the second element. The evaluation unit is designed to generate an electrical current flow (I) between the first element and the second element, to determine an impedance and to determine the state variable on the basis of the determined impedance.

Inventors:
MARTIN, Georg (Holzstraße 11, Darmstadt, 64283, DE)
SCHIRRA, Tobias (Bessunger Str. 8, Darmstadt, 64285, DE)
Application Number:
EP2018/085507
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
December 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT (Karolinenplatz 5, Darmstadt, 64289, DE)
International Classes:
F16C17/24; F16C19/52; F16C33/58; F16C41/00; G01N27/02
Foreign References:
DE202011002485U12011-12-22
US20110088435A12011-04-21
US20150176638A12015-06-25
US20140103940A12014-04-17
US20160216173A12016-07-28
JPH06193629A1994-07-15
US20020092360A12002-07-18
DE102012215957A12014-05-15
DE102014104963A12014-10-09
DE102012215957A12014-05-15
Attorney, Agent or Firm:
BEHRNDT, Klaus (LIFETECH IP, Elsenheimerstraße 47a, Munich, 80687, DE)
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Claims:
Ansprüche l. Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße mit: einem ersten Element (110) und einem zweiten Element (120), die ausge bildet sind, um sich relativ zueinander zu bewegen; einer Auswerteeinheit (130); einer ersten elektrischen Verbindung (140) zwischen der Auswerteeinheit (130) und dem ersten Element (110); und einer zweiten elektrischen Verbindung (150) zwischen der Auswerteein heit (130) und dem zweiten Element (120), wobei die Auswerteeinheit (130) ausgebildet ist, um einen elektrischen

Stromfluss (I) zwischen dem ersten Element (110) und dem zweiten Ele ment (120) zu erzeugen und eine Impedanz zu ermitteln und basierend auf der ermittelten Impedanz oder deren Änderung die Zustandsgröße zu ermitteln. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Element (110) und das zweite Element (120) jeweils ein verzahntes Maschinenteil oder Bestand teil eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers sind und der Stromfluss teil weise durch ein Schmiermittel führt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit (130) ausgebil- det ist, um basierend auf der ermittelten Impedanz eine Änderung des

Schmiermittels festzustellen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (110) und/oder das zweite Element (120) ausgebildet sind, um durch zumindest eine Elementhalterung (210) gehalten zu werden, und wobei das erste Element (110) und/oder das zweite Element (120) ei ne Isolierschicht zur elektrischen Isolation gegenüber der Elementhalte rung (210) aufweist. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiter ein

Kontaktbauteil (160), insbesondere ein galvanisches oder ein kapazitives oder ein induktives Verbindungselement, umfasst, um einen elektrischen Kontakt zu dem ersten Element (110) oder zu dem zweiten Element (120) während der Bewegung herzustellen. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (110) eines der folgenden Elemente ist: ein Au ßenring eines ersten Wälzlagers, ein Innenring eines ersten Wälzlagers, eine Welle, und entsprechend dazu das zweite Element (120) eines der folgenden Elemente ist: ein Außenring des ersten Wälzlagers oder eines zweiten

Wälzlagers, ein Innenring des ersten Wälzlagers oder eines zweiten Wälz lagers, die Welle.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus werteeinheit (130) weiter ausgebildet ist, um basierend auf der ermittel- ten Impedanz zumindest eine der folgenden Zustandsgrößen zu ermitteln: eine radial- oder axial-wirkende Kraft, eine Schmierfilmdicke, eine Dreh zahl, eine Temperatur, ein Alterungsgrad, eine Wellenverlagerung, eine Belastung, weitere dynamische Parameter.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (110) ein Außenring eines Wälzlagers ist und das zweite Element (120) ein Innenring des Wälzlagers ist, wobei der Außenring (110) und der Innenring (120) jeweils eine elektrische Isolierung (170, 180) aufweisen, um den Außenring (110) elektrisch isoliert durch einen Lagersitz zu halten und um ein drehbares Element elektrisch isoliert von dem Innenring (120) zu lagern, sodass der elektrische Stromfluss (I) ungestört vom La gersitz und dem drehbaren Element von der Auswerteeinheit (130) durch das Wälzlager fließen kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste elektrische Verbindung (140) direkt mit den Außenring (110) verbunden ist und die zweite elektri sche Verbindung (150) an den Innenring (120) über einen Schleifkontakt und/oder über eine kapazitive Kopplung koppelt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus werteeinheit (130) ausgebildet ist, um zumindest eine der folgenden Grö ße von externen Sensoren zu erhalten: eine Temperatur (T), eine Dreh zahl (n) und um die Impedanz (Z) unter Nutzung dieser Größen (T, n) zu ermitteln.

11. Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße mit:

Bewegen eines ersten Elementes (110) relativ zu einem zweiten Element (120);

Übertragen eines Stromsignals (I) zwischen dem ersten Element (110) und dem zweiten Element (120);

Ermitteln einer Impedanz des Stromsignals (I); und basierend auf der ermittelten Impedanz, Ermitteln der Zustandsgröße.

Description:
VORRICHTUNG UND EIN VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG EINER

ZUSTANDSGRÖßE

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße und insbesondere auf ein Wälzlager, das als Sensor nutzbar ist.

Hintergrund

Für viele Anwendungen ist es wichtig, verschiedene Zustandsgrößen in Bezug auf zwei relativ zueinander bewegten Elementen zu ermitteln. Dies betrifft bei spielsweise eine Belastung der Elemente bei einer Kraftübertragung oder die übertragene Kraft selbst. Die Elemente können beispielsweise Bestandteile eines Getriebes oder einer Linearführung oder Teile eines Lagers sein (z.B. eines Wälzlagers). Ebenso ist es häufig wünschenswert andere dynamische Sensor größen wie z.B. einen Drehwinkel, einen Versatz, eine relative Geschwindigkeit u.a.m. zwischen den zwei relativ zueinander beweglichen Elementen als Zu standsgrößen zu messen.

Um solche Sensorgrößen messen zu können, werden in konventionelle Lagern beispielsweise Sensoren integriert. So ist in der DE 10 2012 215 957 Ai ein Re- solverlager offenbart, welches einen integrierten Drehzahlsensor oder Win kelsensor aufweist. Die Integration einer solchen Sensorik ist nicht nur mit ho hen Kosten verbunden, sondern vergrößert auch den Bauraum des Lagers. Au ßerdem sind zu deren Integration häufig umfangreiche Änderungen an der um gebenden Struktur erforderlich, die nicht immer durchführbar sind bzw. die man vermeiden möchte.

Daher besteht ein Bedarf nach weiteren Möglichkeiten, um Zustandsgrößen von relativ zueinander bewegten Elementen zuverlässig erfassen bzw. indirekt ermit teln zu können. Zusammenfassung

Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch l und ein Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen für die Vorrichtung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung ei ner Zustandsgröße. Die Vorrichtung umfasst: ein erstes Element und ein zweites Element, die ausgebildet sind, um sich relativ zueinander zu bewegen, eine Aus werteeinheit, eine erste elektrische Verbindung zwischen der Auswerteeinheit und dem ersten Element und eine zweite elektrische Verbindung zwischen der Auswerteeinheit und dem zweiten Element. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, um einen elektrischen Stromfluss zwischen dem ersten Element und dem zwei ten Element zu erzeugen und eine entsprechende Impedanz (entlang des Strom flusses) zu ermitteln und basierend auf der ermittelten Impedanz die Zu standsgröße zu ermitteln.

Optional ist/sind das erste Element und/oder das zweite Element (jeweils) ein verzahntes Maschinenteil oder ein Bestandteil eines Gleitlagers oder eines Wälz lagers, die sich über ein Schmiermittel kontaktieren bzw. der Stromfluss durch ein Schmiermittel führt.

Optional ist die Auswerteeinheit ausgebildet, um basierend auf der ermittelten Impedanz eine Änderung des Schmiermittels festzustellen. Diese Änderungen können beispielsweise eine Änderung der Leitfähigkeit (z. B. durch Abnutzung erzeugte Metallspäne), eine Änderung der Viskosität oder anderer physikalischer oder chemischer Eigenschaften betreffen, die wiederum die Zustandsgröße än dern.

Das erste Element und/oder das zweite Element können ausgebildet sein, um durch eine Elementhalterung gehalten zu werden. Optional umfassen dann das erste Element und/oder das zweite Element eine Isolierschicht zur elektrischen Isolation zu der Elementhalterung. Die Elementhalterung kann beispielsweise ein Lagersitz sein.

Optional umfasst die Vorrichtung weiter ein Kontaktbauteil, um einen elektri schen Kontakt zu dem ersten Element oder dem zweiten Element während der Bewegung herzustellen. Das Kontaktbauteil kann beispielsweise ein galvanisches Verbindungselement wie beispielsweise ein Schleifkontakt sein. Das Kontakt bauteil kann optional aber auch ein kapazitives oder induktives Verbindungs element umfassen, um die elektrische Verbindung kapazitiv oder induktiv her zustellen. Das Kontaktbauteil kann sich relativ zu dem ersten Element oder dem zweiten Element bewegen. Der beispielhafte Schleifkontakt kann beispielsweise eine drehende Welle oder einen drehenden Innenring des beispielhaften Wälzla gers elektrisch kontaktieren. Das Kontaktbauteil kann mit der ersten oder mit der zweiten elektrischen Verbindung elektrisch verbunden sein.

Optional ist das erste Element eines der folgenden Elemente: ein Außenring ei nes ersten Wälzlagers, ein Innenring eines ersten Wälzlagers, eine Welle. Optio nal ist das zweite Element eines der folgenden Elemente: ein Außenring des ers ten Wälzlagers oder eines zweiten Wälzlagers, ein Innenring des ersten Wälzla gers oder eines zweiten Wälzlagers, die Welle. Beispielsweise kann das erste Element ein Außenring eines Wälzlagers sein und das zweite Element ein Innen ring des gleichen oder eines anderen Wälzlagers sein. Die elektrische Verbin dung kann dann beispielsweise über eine elektrisch leitfähige Welle erfolgen, die durch die Wälzlager gelagert wird, sodass der Stromfluss durch das erste Wälz lager, die Welle und das zweite Wälzlager erfolgt.

Optional ist die Auswerteeinheit ausgebildet, um basierend auf der ermittelten Impedanz zumindest eine der folgenden Zustandsgrößen zu ermitteln: eine axi al- oder radial-wirkende Kraft, eine Schmierfilmdicke, eine Drehzahl, eine Tem peratur, ein Alterungsgrad, eine Wellenverlagerung, eine Belastung, weitere dy namische Parameter. Optional ist das erste Element ein Außenring eines Wälzlagers und das zweite Element ein Innenring des Wälzlagers. Der Außenring und/oder der Innenring weisen/weist eine elektrische Isolierung auf, um den Außenring elektrisch iso liert in einem Lagersitz zu halten und/oder um ein drehbares Element elektrisch isoliert von dem Innenring zu lagern. Auf diese Weise kann der elektrische Stromfluss - ungestört vom Lagersitz und/oder dem drehbaren Element - von der Auswerteeinheit (nur) durch das Wälzlager fließen. Das ist von Vorteil, dass damit möglichst viele Störeinflüsse (z.B. von anderen Lagern oder drehbaren Komponenten) beseitigt werden, sodass nur das Wälzlager vermessen wird. Optional ist die erste elektrische Verbindung direkt mit dem Außenring verbun den. Dies kann beispielsweise über ein Kabel oder eine elektrische Beschichtung entlang eines isolierenden Elementes geschehen. Die zweite elektrische Verbin dung kann an den Innenring über einen Schleifkontakt oder über eine kapazitive Kopplung koppeln. Optional ist die Auswerteeinheit ausgebildet, um zumindest eine der folgenden Größen von externen Sensoren zu erhalten: eine Temperatur, eine Drehzahl. Die Auswerteeinheit kann weiter ausgebildet sein, um die Impedanz und/oder eine Änderung der Zustandsgröße unter Nutzung dieser Größen zu ermitteln.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Bewegen eines ersten Elementes relativ zu einem zweiten Element;

Übertragen eines Stromsignals zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element;

- Ermitteln einer Impedanz für das Stromsignal; und

basierend auf der ermittelten Impedanz, Ermitteln der Zustandsgröße.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen kann die Zustandsgröße oder deren Än- derung auch über eine Impedanzänderung ermittelt werden. Das kann für An wendungen vorteilhaft sein, wo es auf den Betrag der Zustandsgröße (z. B. einer Kraft) nicht zwingend ankommt, sondern vor allem plötzliche starke Änderun gen erfasst werden sollen (die z. B. durch Stöße verursacht werden).

Ausführungsbeispiele lösen zumindest einen Teil der obengenannten Probleme durch ein Ermitteln einer oder mehrerer Zustandsgrößen basierend auf einer gemessenen Impedanz oder deren Änderung. Die Ursache für die Änderung der Impedanz liegt beispielsweise in einer Änderung der Schmierfilmdicke an den Kontaktpunkten der relativ zueinander bewegten Elemente. Der elektrische Stromfluss durch die Elemente umfasst zum Beispiel ein definiertes Signal (z. B. eine bestimmte Abfolge von Pulsen oder ein definiertes Wechselstromsignal), welches in Abhängigkeit der Zustandsgröße sich ändert. Daher können aus dem empfangenen Signal Rückschlüsse auf die Änderung der Impedanz und damit eine Änderung der Zustandsgrößen gezogen werden. Die Zustandsgröße kann daher insbesondere auch indirekt ermittelt werden.

Ausführungsbeispiele bieten insbesondere die folgenden Vorteile:

Verschiedenste Zustandsänderungen können gemessen werden. So kann aus der gemessenen Schmierfilmdicke auf eine veränderte Dreh zahl, Last, Wellenverlagerung infolge von Radial- und Axialkräften, Wellenschiefstellung, Temperaturänderungen, eine Schmierstoffzu standsänderung geschlossen werden. Diese Zustandsgrößen sind in einer Vielzahl von Anwendungen oder für die Überwachung von Ma schinen und Prozessen relevant.

Es ist ebenfalls möglich, prozessnahe Messungen der Zustandsgrößen durchzuführen. Es braucht kein besonderer Aufwand betrieben wer den, da keine Sensoren in den bewegten Elementen zu integrieren sind.

Bei Schienenfahrzeugen kann beispielsweise auf einfache Weise eine Sensorik implementiert werden, die die Schwingungen der Achsen im Schienenverkehr messen/überwachen. Solche Schwingungen können durch Flachstellen am Rad hervorgerufen werden und sollten mög lichst zeitnah detektiert werden.

Kurzbeschreibung der Figuren Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeich nungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so ver standen werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausfüh rungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständ- nis dienen.

Fig. l zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Messung von Zustandsgrößen in Wälzlagern.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Messung von Zustandsgrößen in Wälzlagern.

Detaillierte Beschreibung

Fig. l zeigt eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Element no und ein zweites Element 120, eine Auswerteeinheit 130, eine erste elektrische Verbindung 140 und eine zweite elektrische Verbindung 150. Das erste und zweite Element 110, 120 stehen in Kontakt und sind relativ zueinander bewegbar, wobei ein

Schmiermittel vorgesehen sein kann. Die erste elektrische Verbindung 140 ist zwischen der Auswerteeinheit 130 und dem ersten Element 110 und die zweite elektrische Verbindung 150 zwischen der Auswerteeinheit 130 und dem zweiten Element 120 ausgebildet. Die Auswerteeinheit 130 ist ausgebildet, um einen elektrischen Stromfluss I über die erste und zweite elektrische Verbindung 140, 150 zwischen dem ersten Element 110 und dem zweiten Element 120 zu erzeu gen und eine Impedanz für diesen Strom I zu ermitteln. Basierend auf der ermit telten Impedanz wird die Zustandsgröße durch die Auswerteeinheit ermittelt.

Das erste Element und das zweite Element 110, 120 können beispielsweise rela tive zueinander drehbare Zahnräder, Teile von Kugella

gern/Wälzlagern/Gleitlagern sein. Es können aber auch Zahnstangen oder ande re linear bewegte Objekte umfassen. Es ist nicht zwingend, dass die Zu standsgröße selbst ermittelt wird. Es kann ebenso eine Änderung einer Zu standsgröße ermittelt werden, wobei hierfür eine Änderung der Impedanz detek- tiert wird. So kann ein plötzliches Überschreiten von Toleranzgrenzen als ein besonderes Ereignis detektiert werden und eine entsprechende Alarmierung ausgelöst werden.

Ausführungsbeispiele nutzen die Impedanz und nicht nur den elektrischen Ohm’schen Widerstand zu Ermittlung der Zustandsgröße. Die ebenfalls vorhan dene Kapazität oder eine möglicherweise messbare Induktivität entlang des Strompfades I lässt Rückschlüsse auf die Zustandsgröße zu. Daher wird als elektrisches Signal typischerweise ein elektrischer Wechselstrom mit einer vor bestimmten Charakteristik entlang des Strompfades I aufgeprägt. Es erfolgt dann eine Analyse, wie sich das Signal durch die bewegten Elemente 110, 120 ändert. Aus dem Resultat wird ein Rückschluss auf die Zustandsgröße erhalten.

Verschiedenste Zustandsgrößen beeinflussen die Impedanz. So führt die Bewe gung beispielsweise zu lastabhängigen Änderungen in den hydrodynamischen Schmierfilmen. Dies betrifft z. B. eine veränderte Verteilung, Viskosität, Ände rungen der physikalischen oder chemischen Eigenschaften, eine geänderte Zu sammensetzung infolge von Metallspänen, u.a.m. Hieraus kann zumindest eine der folgenden Größen ermittelt werden: eine Drehzahl, eine Last, eine Wellen verlagerung infolge von Radial- und Axialkräften, eine Wellenschiefstellung, ei ne Temperatur, ein Schmierstoffzustand. Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Messung von Zustandsgrößen für beispielhafte Wälzlager. Die Erfindung soll jedoch nicht auf das gezeigte Wälzla ger eingeschränkt werden. Ausführungsbeispiele können insbesondere auch für Gleitlager, Dichtungen, Linearführungen und Zahnräder und andere relativ zu- einander bewegten Elemente genutzt werden, zwischen denen ein Stromfluss aufprägbar ist und die typischerweise geschmiert werden.

In der Fig. 2 wird eine Welle 200 durch ein erstes Wälzlager 110, 112, 114 und ein zweites Wälzlager 120, 122, 124 gegenüber Lagersitzen 210 gelagert. Das erste Wälzlager umfasst einen Außenring 110 und einen Innenring 114, zwischen de- nen beispielsweise eine Vielzahl von Rollelementen 112 (z. B. Kugeln oder Rol len) ausgebildet sind. Auch das zweite Wälzlager umfasst einen Außenring 120 und einen Innenring 124, zwischen denen wiederum eine Vielzahl von Rollele menten 122 (Kugeln, Rollen, etc.) ausgebildet sind. Außerdem umfasst das Aus führungsbeispiel eine Auswerteeinheit 130, die über eine erste elektrische Ver- bindung 140 mit dem Außenring 110 des ersten Wälzlagers und über eine zweite elektrische Verbindung 150 mit dem Außenring 120 des zweiten Wälzlagers elektrisch verbunden ist.

Das erste Wälzlager 110, 112, 114 und/oder das zweite Wälzlager 120, 122, 124 sind gegenüber den Lagersitzen 210 elektrisch isoliert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Lagersitze 210 selbst elektrisch leitfähig sind und nicht voneinander isoliert sind, sodass dadurch ein Kurzschluss vermieden wer den kann.

Somit ist es möglich, dass die Auswerteeinheit 130 einen elektrischen Strom ent lang des folgenden Pfades leitet: über die erste elektrische Verbindung 140 zu dem Außenring 110 des ersten Wälzlagers, über die Rollelemente 112, den In nenring 114 des ersten Wälzlagers, der Welle 200, über den Innenring 124, die Rollelemente 122 und den Außenring 120 des zweiten Wälzlagers zu der zweiten elektrische Verbindung 150. In diesem Beispiel ist der Außenring 110 des ersten Wälzlagers das zuvor genannte erste Element und der Außenring 120 des zwei- ten Wälzlagers das zuvor genannte zweite Element. Die Lagersitze 210 sind hier die Elementhalterung(en). Die Zuordnung kann aber auch anders gewählt sein - je nachdem wie der elektrische Strom I geführt wird.

Falls die Welle 200 selbst nicht elektrisch leitfähig ist oder nicht ausreichend von anderen Komponenten isoliert ist, kann optional eine weitere elektrische Verbindung 145 zwischen dem Innenring des ersten Wälzlagers 114 und dem Innenring des zweiten Wälzlagers 124 ausgebildet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass eine erste elektrische Verbindung 140 zwischen der Auswerteeinheit 130 und dem Außenring 110 des ersten Wälzlagers ausgebildet wird und der Strom kreis über einen Schleifkontakt oder Schleifring 160 geschlossen wird (optional kann auch ein kapazitiver oder ein induktiver Kontakt hergestellt werden). Der beispielhafte Schleifkontakt 160 kontaktiert die Welle 200 (wenn sie elektrisch leitfähig ist) und führt den Strom über die zweite elektrische Verbindung 150 zu der Auswerteeinheit zurück. Auf diese Weise kann die Änderung der Impedanz lediglich für ein Wälzlager gemessen werden.

Daher kann der Stromkreis I einerseits zwischen den beiden Wälzlagern über die Welle 200 geschlossen werden - insbesondere solange kein Nebenschluss über ein anderes Bauteil auf der Welle 200 vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, kann auch die Welle 200 gegen die Wälzlager isoliert werden und die beiden Innen ringe 114, 124 der Wälzlager können durch die weitere Verbindung 145 elektrisch miteinander verbunden werden.

Die Wälzlager sind in der Fig. 2 beispielhaft als Rillenkugellager dargestellt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen handelt es sich jedoch um andere Wälzlager bauarten. Die Erfindung ist nicht auf einer spezifischen Wälzlagerform einge schränkt. Die Impedanzänderung kann, wie gesagt, durch eine Änderung der Schmierfilmdicke innerhalb des beispielhaften Wälzlagers verursacht werden, was wiederum durch eine Verlagerung des Innenringes 114 relativ zum Außen ring 110 oder durch eine veränderte Belastung des Wälzlagers verursacht sein kann. Die veränderte Schmierfilmdicke wird als Impedanzänderung durch die Auswerteeinheit 130 gemessen.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der elektrische Strom fluss I nur durch ein Wälzlager mit einem Außenring 110 (erstes Element), Rol lelementen 112 und einen Innenring 120 (zweites Element) fließt. Das dargestell te Wälzlager ist in einer Querschnittsansicht zu sehen, wobei nur der obere Ab schnitt dargestellt ist. Das Wälzlager lagert eine drehbare Welle, die an den In nenring 120 koppelt und in der Fig. 3 nicht dargestellt ist.

Um Störungen bei der Messung auszuschließen, umfasst das Wälzlager entspre chende Isolierungen 170, 180. So kann das Wälzlager am Außenring 110 eine Isolierung 170 aufweisen, um eine elektrische Isolierung zu einem Lagersitz für das Wälzlager bereitzustellen. Die Isolierung 170 kann als eine Schicht direkt auf den Außenring 110 aufgebracht werden oder auch als ein isolierendes Element zwischen dem Wälzlager und dem Lagersitz angeordnet sein. In gleicher Weise umfasst der Innenring 120 eine Isolierung 180 für ein drehbares Element, das durch das Wälzlager gehalten wird. Auch diese Isolierung kann entweder durch eine Beschichtung des Innenringes 120 erfolgen oder aber durch ein isolierendes Element ausgebildet sein. Die isolierenden Elemente können zum Beispiel eine Kunststoffhülse oder ein Faserverbundelement oder ein Gummi element oder andere elektrisch isolierende Elemente umfassen.

Dementsprechend koppelt die Auswerteeinheit 130 (nur schematisch in der Fig.

3 dargestellt) über den ersten elektrischen Kontakt an den Außenring 110. Diese Kopplung kann beispielsweise über einen direkten elektrischen Kontakt erfol gen. Die Kopplung der Auswerteeinheit 130 an den Innenring 120 kann bei spielsweise über einen Schleifkontakt oder auch über eine kapazitive Kopplung erfolgen, um so die Drehbewegung des Innenringes 120 relativ zu dem Außen ring 110 nicht durch den Kontakt zu stören bzw. trotz der Drehung einen zuver lässigen elektrischen Kontakt sicherzustellen.

Die kapazitive Kopplung zwischen der Auswerteeinheit 130 und dem Innenring 120 des Wälzlagers kann beispielsweise durch eine Kalibrierung ermittelt wer den, sodass bei der fortlaufenden Überwachung des Wälzlagers nur eine Ände rung der Impedanz ermittelt werden muss, die dann auf eine unzureichende Schmierung oder eine unzulässige Last oder andere Änderungen der Zu standsgröße hinweist. Der Stromfluss I zur Bestimmung der Impedanz Z oder nur ein Teil ihrer Bestandteile (Ohmscher Widerstand, Kapazität, Induktivität) kann daher insbesondere ein Wechselstromsignal mit einer bestimmten Fre quenz umfassen. Die Kapazität als auch der Ohmsche Widerstand entlang des Stromflusses I hängt von der Last, dem Schmierungszustand, vorhandener Me tallspäne und anderen Faktoren ab, die durch die Auswerteeinheit 130 über die Impedanzermittelung (z.B. die Änderung der Kapazität oder Änderung des Ohmschen Widerstandes) ermittelt werden können.

Um diese Messergebnisse mit einer hohen Genauigkeit zu gewährleisten, ist die Auswerteeinheit 130 optional außerdem dazu ausgebildet, um von externen Sen soren (nicht gezeigt in Fig. 3) eine Temperatur T (z.B. des Wälzlagers oder einer Umgebung) und/oder die Drehzahl n des drehbaren Elementes zu erhalten und basierend darauf die Auswertung durchzuführen. Dazu kann die Auswerteein heit 130 ein Temperaturerfassungsmodul 132, ein Drehzahlerfassungsmodul 133, ein Impedanzermittlungsmodul 134 und ein Auswertemodul 131 umfassen. Das Auswertemodul 131 ist dann dazu ausgebildet, um das Ergebnis der ermit telten Zustandsgrößen auszugeben.

Optional ist es ebenfalls möglich, dass der Temperatursensor und/oder der Drehzahlsensor ein Teil der Vorrichtung selbst sind.

Weitere wichtige Anwendungsfälle für die vorliegende Erfindung betreffen die Messung der Lagerimpedanz, um eine Aussage über die Lagerbelastung zu tref fen. Ebenso kann eine Stoßerkennung durch unrunde Räder bei fahrenden Zü gen erfolgen (z.B. Stöße durch eine Unrundheit des Rades), wobei auch dies eine Änderung der Schmierspaltdicke mit jeder Umdrehung bewirkt. Somit kann die Belastung detektiert und ggf. auch quantitativ bestimmt werden. Hierbei ist eine Genauigkeit von 100 N und mehr möglich. Zusätzlich ist es möglich, eine Verän derung des Schmierstoffes selbst zu detektieren, die zu einer Änderung der Im pedanz führt. So führen beispielsweise eine Ansammlung von Metallspänen in dem Schmierstoff zu einer Impedanzänderung, die durch das elektrische Signal messbar ist.

Für die Erfassung dieser Größen werden keine separaten Sensoren gebraucht. Vielmehr greifen Ausführungsbeispiele auf weitestgehend bestehenden Struktu ren zurück, um die Zustandsgrößen zu erfassen. Somit sind nur minimale Ände rungen an der Konstruktion erforderlich wie z.B. das Aufbringen von isolieren- den Schichten, um einen definierten Strompfad I zu erreichen. Darüber hinaus sind keine weiteren Änderungen an den übrigen Konstruktionen der Maschinen erforderlich - abgesehen von den elektrischen Verbindungen 140, 150, die zum Schließen des Stromkreises an den entsprechenden Elementen 110, 120 anzu bringen sind. Ausführungsbeispiele implementieren somit effektiv einen Sensor über vorhandene Strukturen. Durch das Ausbilden eines elektrischen Stromkrei ses I durch die beispielhaften Wälzlager können alle Zustandsgrößen berechnet werden, die eine Änderung der Impedanz zur Folge haben. Daher sind die Kos ten und die Bauraumanforderungen für sehr gering.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merk- male der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

110 erstes Element (z. B. Außenring eines ersten Wälzlagers) 112 Rollelemente des ersten Wälzlagers

114 Innenring des ersten Wälzlagers

120 zweites Element (z. B. Außenring eines zweiten Wälzlagers)

122 Rollelemente des zweiten Wälzlagers

124 Innenring des zweiten Wälzlagers

130 Aus werteeinheit

140 erste elektrische Verbindung

145 weitere elektrische Verbindung

150 zweite elektrische Verbindung

160 Kontaktbauteil (z. B. Schleifkontakt)

170, 180 Isolierungen an einem Wälzlager

210 Elementhalterung (Lagersitze)

I elektrischen Stromfluss