Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Wälzlager für ein Getriebe nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit, der Rotationsgeschwindigkeit und/oder des Schlupfs mindestens eines Wälzkörper nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 10.

Allgemeiner Stand der Technik

Wälzlager werden insbesondere verwendet, um Wellen rotierbar zu lagern und weisen oftmals einen Innenring, einen Außenring und einen Wälzkörper auf. Dabei ist der Innenring innerhalb des Außenrings und die Wälzkörper zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet. Die Wälzkörper rollen auf dem Innenring und dem Außenring ab.

Da Lager, wie Wälzlager, wichtige Bestandteile von Getrieben, zum Beispiel von Getrieben für eine Windkraftanlage, sind und Lagerschäden zu einem Totalversagen des Getriebes führen können, ist es notwendig, Lagerschäden genau analysieren zu können. Ein wichtiger Bestandteil der Analyse von Lagerschäden ist die Schlupfmessung zur Bestimmung von Schlupferscheinungen im Lager. Als Schlupf wird im Weiteren eine Gleitbewegung der Wälzkörpern relativ zu dem Innen- und/oder dem Außenring des Lagers bezeichnet. Im Allgemeinen sind hier drei Arten von Schlupf von Bedeutung, nämlich Käfigschlupf, Wälzkörperschlupf und Axialschlupf.

In Figur 1 sind die drei Schlupfarten dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 ein Lager 1 mit einem Innenring 2, einem Außenring 3 und Wälzkörper 4 zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3.

Als Wälzkörperschlupf 5 wird dabei Gleitbewegung eines Wälzkörpers 4 in Umfangs- richtung des Innen- oder Außenrings bezeichnet.

Eine solche Gleitbewegung des Wälzkörpers 4 kann mit Gleitbewegungen in anderen Richtungen oder Rotationsbewegungen kombiniert sein. Unter Axialschlupf 6 wird eine Bewegung eines Wälzkörpers 4 verstanden, bei der sich der Wälzkörper 4 entlang seiner Rotationsachse bewegt.

Unter Käfigschlupf 7 wird ein Gleiten des Innenrings und/oder des Außenrings auf den Wälzkörpern verstanden.

Verfahren zur Bestimmung des Wälzkörperschlups sind bereits bekannt.

DE 102008 061 280 zeigt ein Verfahren zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit eines Wälzkörpers mittels Messung des Magnetfeldes einer oder mehrerer magnetisierter Wälzkörper. Auch werden optische Verfahren, etwa die Verwendung einer Hochgeschwindigkeitskamera, meist in Verbindung mit einem Bild-Derotationprisma zur Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Wälzkörpers verwendet.

Die oben beschriebenen Verfahren sind jedoch für die Verwendung in Windkraftanlagen eventuell nur begrenzt oder gar nicht geeignet. Bei der Anwendung optischer Verfahren können vorhandene Schmieröle oder Fette, welche zu Schmierung drehender Teile benötigt werden, die Sichtbarkeit der Wälzkörper beeinträchtigen. Außerdem ist die Realisierung einer Kamera in einem Windkraftgetriebe oft schon allein wegen des Platzbedarfs nachteilig.

Bei der Verwendung magnetisierter Wälzkörper besteht die Gefahr, dass durch diese Metallpartikel angezogen werden und dies zu einem vorzeitigen Lagerschaden führt. Ferner sind die durch magnetische Verfahren erzielte Ergebnisse häufig unzuverlässig, weil Windkraftgetriebe teilweise aus magnetischen Werkstoffen bestehen, welche die Magnetfeldmessungen beeinträchtigen. Außerdem werden die Messungen oft von in Windkraftgetrieben vorhandenen elektrischen Irrströmen gestört. Aufgabe der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren bereitzustellen, welches geeignet ist, den Schlupf von zumindest einem Teil eines Wälzlagers zu bestimmen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Wälzlager nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.

Zusammenfassung der Erfindung

Insbesondere kann die Aufgabe durch ein Wälzlager für ein Getriebe, insbesondere ein Getriebe für eine Windkraftanlage, gelöst werden. Das Wälzlager kann dabei einen Lagerinnenring, einen Lageraußenring und zumindest einen Wälzkörper umfassen.

Das Wälzlager weist einen bezüglich einem Getriebeteile oder einem Teil des Wälzlagers fest angeordneten Sensor auf. Der Wälzkörper hat zumindest an einer Seitenfläche eine Tiefenabweichung. Die Tiefenabweichung ist dabei so ausgebildet, dass die Seitenfläche des Wälzkörpers entlang einer Kreisbahn um eine Rotationsachse des Wälzkörpers zumindest zwei unterschiedliche Tiefen aufweist. Der Sensor ist so positioniert, dass der die Tiefenabweichung erfassen kann.

Es wurde also erkannt, dass eine Geschwindigkeits-, Positions-, oder Schlupfmessung mittels der Tiefenabweichungen auf den Wälzkörpern und einem diese Tiefenabweichungen erkennenden Sensors vorgenommen werden kann. Diese Messung kann dabei auf die Verwendung empfindlicher optischer Methoden oder eines Magnetfeldes verzichten und so eine zuverlässige Messung bereitstellen.

Der Innenring oder der Außenring muss nicht als eigenes Bauteil ausgestaltet sein, vielmehr sind auch Lagerinnenringe oder Lageraußenringe bekannt, welche in einem weiteren Bauteil integriert sind oder Bestandteil des Bauteils sind. So kann der In- nenring als Teil einer durch das Lager rotierbar zu lagernden Welle ausgestaltet sein. Auch kann der Lageraußenring ein Gehäuseteil oder ein Teil eines Zahnrades, wie eines Planeten, sein.

Der Sensor kann fest bezüglich eines Getriebeteils und/oder fest bezüglich eines Lagerteils angeordnet sein. Dadurch erleichtert sich die Berechnung des Schlupfs aus den Signalen des Sensors, insbesondere wenn die Relativbewegung des Getriebeteils oder der Lagerteils gegenüber dem Lagerinnenring und/oder dem Lageraußenring bekannt ist. Außerdem kann bei einer Anordnung des Sensors fest relativ zu einem Getriebe- und/ oder Lagerbauteil das Getriebe oder das Lager als ein abgeschlossenes Bauteil gefertigt und montiert werden.

Insbesondere kann der Sensor so angebracht sein, dass er die Tiefenabweichung in Abhängigkeit von der Position der Rotationsachse des Wälzkörpers und in Abhängigkeit von der Winkelposition des Wälzkörpers erfasst.

So kann ein Sensor so angeordnet sein, dass er die Tiefenabweichung nur erkennt, wenn sich diese an einer bestimmten Position befindet. So kann über eine wiederkehrenden Erkennung der Tiefenabweichung auf den umlaufenden Wälzkörpers der Schlupf des Wälzkörpers erfasst werden. Auch kann der Sensor oder eine Vielzahl an Sensoren so angeordnet sein, dass die Tiefenabweichungen an verschiedenen Positionen erkannt werden. Dies ermöglicht es die Bewegungsbahn der Tiefenabweichung zumindest abschnittsweise nachzuverfolgen und so die Geschwindigkeit, die Position, die Beschleunigung und/oder den Schlupf des Wälzkörpers zu erfassen.

Unter einer Tiefenabweichung wird im Weiteren die Abweichung der Oberfläche des Wälzkörpers zu einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Wälzkörpers verstanden, wobei die Ebene zumindest einen Punkt auf der Oberfläche des Wälzkörpers beinhaltet. Wenn der Wälzkörper eine Tiefenabweichung aufweist, so bedeutet dies, dass nicht die gesamte Seitenfläche des Wälzkörpers auf einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse des Wälzkörpers liegt. Als Seitenfläche des Wälzkörpers wird insbesondere eine Seite verstanden, welche nicht auf dem Innenring und/oder dem Außenring läuft. Auch kann darunter eine oder mehrere Seiten des Wälzkörpers verstanden werden, welche senkrecht zur Lauffläche des Wälzkörpers steht. Unter der Lauffläche wird die Fläche des Wälzkörpers verstanden, über welche der Wälzkörper zumindest hauptsächlich auf dem Innenoder Außenring abrollt. Durch die Anordnung der Tiefenabweichung auf der Seitenfläche des Wälzkörpers wird verhindert, dass die Tiefenabweichung mit der Lauffläche des Innen-und/oder Außenrings in Berührung kommt und so die Laufeigenschaften des Wälzkörpers verändert. Auch ist es durch die Anordnung der Tiefenabweichung auf der Seitenfläche des Wälzkörpers möglich den entsprechenden Sensor nur seitlich zu positionieren, so dass eine Erfassung der Tiefenabweichung durch den Innen-und/oder Außenring hindurch umgangen werden kann.

Bevorzugt weist zumindest ein Wälzkörper, insbesondere eine Mehrzahl an Wälzkörpern, besonders bevorzugt alle Wälzkörper des Wälzlagers Tiefenabweichungen auf. So kann zum Beispiel der Schlupf von mehreren Wälzkörper analysiert werden, wodurch die Untersuchungsmethoden genauer und umfassender sind.

Bevorzugt weist der zumindest eine Wälzkörper mehrere Tiefenabweichungen auf. Bevorzugt sind die Tiefenabweichungen in einem gleichmäßigen Abstand zueinander auf einem Kreis um die Rotationsachse des Wälzkörpers angeordnet. Aber es sind auch Wälzkörper möglich, bei denen die Tiefenabweichungen in unterschiedlichen Abständen angeordnet sind. So kann die Ausrichtung des Wälzkörpers über den Abstand zwischen den Tiefenabweichungen codiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform, sind die Tiefenabweichungen bei allen Wälzkörpern mit solchen Tiefenabweichungen an denselben Stellen positioniert. Die Wälzkörper mit Tiefenabweichungen unterscheiden sich untereinander also nicht durch die Position dieser Tiefenabweichung. Somit ist das Signal, welches der Sensor erfasst, unabhängig vom Wälzkörper. Dies erleichtert die Auswertung der Sensorsignale und somit die Analyse des Schlupfs. Es ist jedoch auch möglich, dass verschiedene Wälzkörper verschiedenartige Tiefenabweichungen aufweisen. So kann die Position der Tiefenabweichungen oder der Höhenunterschied zwischen der Seitenfläche und der Tiefenabweichung zwischen den Tiefenabweichungen eines Wälzkörpers oder zwischen den Tiefenabweichungen verschiedener Wälzkörper variieren und so die Position des Wälzkörpers oder der Wälzkörper über die Tiefenabweichungen codiert werden.

Auch kann die Form der Tiefenabweichung, wie z.B. der Querschnitt der Tiefenabweichung variieren.

Zumindest eine der Tiefenabweichungen kann durch eine Ausnehmung gebildet sein. Eine solche Ausnehmung kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Es sind jedoch auch andere Formen, wie dreieckige, viereckige, mehreckige, sternförmige oder unregelmäßige Querschnitte der Ausnehmungen möglich. Bevorzugt sind mehrere der Tiefenabweichungen, insbesondere alle Tiefenabweichungen auf einem Wälzkörper als Ausnehmung ausgebildet. Insbesondere können alle Tiefenabweichungen der Wälzkörper als Ausnehmungen ausgeführt sein.

Ausnehmungen können einfach an Seitenflächen von Wälzkörpern, zum Beispiel durch Bohren, Fräsen, Ätzen und dergleichen, angebracht werden. Auch kann der Wälzkörper in der vorgesehenen Form gefertigt, wie gegossen, werden, ohne dass die Ausnehmung in einer Nachbearbeitung hinzugefügt wird. Auch können Wälzkörper in dem Teil der Seitenfläche, welche die Ausnehmungen aufweist, durch ein Innenring und/oder einen Außenring geführt werden, ohne dass die Ausnehmung den Innenring und oder Außenring zerkratzt oder zerstört.

Zumindest eine, insbesondere auch mehrere oder auch alle Tiefenabweichungen können durch einen Materialüberschuss gebildet sein. Ein solcher Materialüber- schuss kann durch Löten und/oder Schweißen zu dem Wälzkörper hinzugefügt werden. Auch kann der Materialüberschuss schon bei der Produktion des Wälzkörpers an der Seitenfläche des Wälzkörpers ausgebildet sein. Die Ausbildung der Tiefenabweichung in Form eines Materialüberschusses erlaubt die Tiefenabweichung an der Seitenfläche des Wälzkörpers, ohne dass der Wälzkörper durch eine Materialentnahme geschwächt wird

Der Sensor kann am Innenring des Wälzlagers, am Außenring des Wälzlagers, an einem Käfig des Wälzlagers, an einem Gehäuse des Getriebes oder an einer Welle des Getriebes befestigt sein.

Durch die Befestigung des Sensors am Innen- und/oder am Außenring kann der Sensor in einfacher Weise fest relativ zu dem Innen- und/oder Außenring angeordnet werden. Auch kann so der Schlupf der Wälzkörper für mehrere Wälzkörper erfasst werden, wenn mehrere Wälzkörper eine oder mehrere geeignete Tiefenabweichungen aufweisen, da die Wälzkörper sich in der Regel relativ zu dem Innen- und/oder Außenring bewegen und so mehrere Wälzkörper zeitlich versetzt durch einen fest zu dem Innen- und/oder Außenring befestigten Sensor erfassbar sind.

Durch die Befestigung des Sensors an dem Wälzkäfig kann insbesondere der Schlupf eines Wälzkörpers erfasst werden, da die Rotationsachse der Wälzkörper fest zum Käfig angeordnet ist. So lässt sich der Schlupf eines einzigen Wälzkörpers erfassen, ohne dass eine Relativbewegung der Rotationsachse zu dem Sensor berücksichtigt werden muss. Dies erleichtert die Berechnung des Wälzkörperschlupfes weiter.

Auch kann der Sensor an dem Getriebegehäuse oder einer Getriebewelle befestigt werden. Da das Getriebegehäuse fest steht, eignet es sich insbesondere zur Befestigung von Komponenten, da für die Befestigung keine dynamischen Eigenschaften des Gehäuses berücksichtigt werden müssen. Auch die Anordnung des Sensors an einer Welle kann vorteilhaft sein, da solche Wellen zumindest nah am Lager und somit an den Wälzkörpern positioniert sind und insbesondere bei Windkraftgetrieben Massen aufweisen, welche groß sind in Relation zur Sensormasse, so dass die Befestigung des Sensors an einer Welle keine oder nur eine geringfügige Beeinflussung der dynamischen Eigenschaften der Welle darstellt.

Insbesondere kann der Sensor ein Abstandssensor, insbesondere ein Wirbelstromsensor, ein induktiver Näherungs-Sensor, ein Hall-Sensor oder ein Zahn- radsensor sein. Solche Sensoren sind geeignet, die Tiefenabweichungen zu erfassen, die auf einer Oberfläche eines Wälzkörpers, der sich im Erfassungsbereich des Sensors befindet, angeordnet sind. Die Messung der Geschwindigkeit und der Ausrichtung des Wälzkörpers anhand eines Tiefenabweichungssignals erlaubt es, auf empfindliche und/oder störende Messungen zu verzichten.

Bevorzugt ist der eine Wälzkörper oder eine Mehrzahl der Wälzkörper oder alle Wälzkörper kugelförmig, konisch oder sind Pendelrollenkörper oder Toroidal- Wälzkörper. Solche Wälzkörper sind insbesondere geeignet, in einen Getriebe für eine Windkraftanlagenlage verwendet zu werden.

Bevorzugt hat der Wälzkörper zumindest eine Lauffläche und zumindest eine Seitenfläche mit zumindest einer Tiefenabweichung, so dass der Wälzkörper entlang einer Kreislinie um die Rotationsachse des Wälzkörpers zumindest zwei unterschiedliche Tiefen aufweist.

Auch kann die Aufgabe durch ein Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit, der Rotationsgeschwindigkeit und/oder des Schlupfes mindestens eines Wälzkörpers eines Wälzlagers gelöst werden, wobei zumindest ein Wälzkörper auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse unterschiedliche Tiefen aufweist und ein Sensor an einem Teil des Wälzlagers so angeordnet ist, dass die Tiefenabweichung erfasst werden kann, wobei aus dem Sensorsignal, insbesondere dem zeitlichen Abstand der Sensorsignale, welche abhängig sind von einem Vorbeibewegen der Tiefenabweichung an dem Sensor, die Geschwindigkeit, die Rotationsgeschwindigkeit und/oder der Schlupf berechnet wird.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 verschiedene Schlupfarten,

Fig. 2 eine Wälzlageranordnung,

Fig. 3 einen Teil eines Wälzlagers,

Fig. 4 verschiedene Tiefenabweichungen, Fig. 5 verschiedene Tiefenabweichungen, die auf einer Seitenfläche der Wälzkörper eines Lagers angebracht sind,

Fig. 6 die Lage des Sensors,

Fig. 7 bis 10 Teile eines Wälzlagers und die Position des Sensors,

Fig. 1 1 (a) die rechnerische Bahn eines am Außenring des Wälzlagers befestigten

Sensors für verschiedene Schlupfgrade,

Fig. 1 1 (b) das resultierende Sensorsignal im Zeitverlauf

Fig. 1 1 (c) die Zeitdauer zwischen verschiedenen Impulsen mit geschätzten Parabeln,

Fig. 12 Monte Carlo Simulation für ein Wälzkörper mit 20 Tiefenabweichungen und verschiedenen Schlupfgraden,

Fig. 13 Monte Carlo Simulation für einen Wälzkörper mit 20 Tiefenabweichungen, Fig. 14 Versuchsergebnisse für ein Wälzkörper mit Durchmesser 58 mm sowie 20 Tiefenabweichungen,

Fig. 15 Versuchsergebnisse für ein Wälzkörper mit Durchmesser 58 mm sowie 20 Tiefenabweichungen und verschiedenen Schlupfarten.

Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen

Der Begriff „umfasst / umfassen" ist nicht als irgendwie geartete Einschränkung der Erfindung auszulegen. Der in den Ansprüchen verwendete Begriff „umfasst / umfassen" soll nicht auf die Art des danach beschriebenen Mittels beschränkt sein; er schließt andere Elemente, Teile oder Schritte nicht aus.

So wie der Begriff „verbunden/angeschlossen" in den Ansprüchen und in der Beschreibung verwendet wird, darf er nicht als Beschränkung auf direkte Verbindungen ausgelegt werden, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist. Folglich ist die Aussage, Teil A sei mit Teil B verbunden, nicht auf direkten Kontakt von Teil A mit Teil B beschränkt, sondern sie umfasst auch indirekten Kontakt zwischen Teil A und Teil B; mit anderen Worten, sie umfasst auch den Fall, in dem zwischen Teil A und Teil B Zwischenteile vorhanden sind. Nicht alle Ausführungsformen der Erfindung umfassen alle Merkmale der Erfindung. In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen können jegliche der beanspruchten Ausführungsformen in beliebiger Kombination verwendet werden.

Figur 2 veranschaulicht schematisch eine Wellen-Lager-Anordnung 10. Die Wellen- Lager-Anordnung 10 umfasst eine Welle 1 1 , die durch mindestens ein Lager 12 gelagert ist. Die Welle 1 1 kann z.B. eine Planetenwelle, eine Getriebewelle, eine Ritzelwelle oder eine Hohlwelle sein. Insbesondere kann die Welle 1 1 eine Welle in einem Windkraft-Getriebe sein. Das Lager 12, von dem ein Detail in Fig. 3 abgebildet ist, umfasst einen Innenring 13, einen Außenring 14 sowie Wälzkörper 15 zwischen Innenring 13 und Außenring 14. Insbesondere kann der Außenring 14 des Lagers 12 in einen Teil des Getriebes, wie z.B. in ein Planetenrad des Getriebes integriert sein. Das Lager 12 kann ein Rollenlager mit zylindrischen Wälzkörpern 15, konischen Wälzkörpern 15, Pendelrollenkörpern 15 oder Toroidal-Wälzkörpern 15 sein. Das Lager 12 kann ein Radiallager oder ein Axiallager sein.

In einer Ausführungsform besitzt mindestens einer der Wälzkörper 15 des Lagers 12 zumindest eine Tiefenabweichung 1 6. Im genannten Beispiel umfasst einer der Wälzkörper 15 mehrere Tiefenabweichungen 1 6, die umlaufend auf dem Wälzkörper 15 beabstandet voneinander angeordnet sind. Die Wälzkörper 15 besitzen zwei Seitenflächen 17 und eine Rollfläche 18, wobei die Tiefenabweichungen 1 6 mindestens auf einer der Seitenflächen 17 des Wälzkörpers 15 angeordnet sind. Die Tiefenabweichungen 1 6 können auf einer Seitenfläche 17 des Wälzkörpers 15, auf beiden Seitenflächen 17 des Wälzkörpers 15 und/oder auf der Rollfläche 18 des Wälzkörpers 15 sein.

Insbesondere können mehrere Wälzkörper 15 Tiefenabweichungen 1 6, insbesondere zwei Tiefenabweichungen, umfassen. Nach anderen Ausführungsformen können mehrere Wälzkörper 15 mit Tiefenabweichungen 1 6 versehen sein, und die Anzahl der auf der Vielzahl von Wälzkörpern 15 vorhandenen Tiefenabweichungen 1 6 kann bei jedem Wälzkörper 15 gleich oder bei mindestens einem Wälzkörper 15 verschieden sein. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann eine beliebige Zahl von Tiefenabweichungen 1 6, auf mindestens einer Seitenfläche 17 des Wälzkörpers 15 angebracht werden. Des Weiteren können die Tiefenabweichungen eine geeignete Form aufweisen. Einige Beispiele sind in Fig. 4 veranschaulicht. Diese Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und nicht als Beschränkung der Erfindung. Die Tiefenabweichungen 1 6 können z. B., unter anderem, eine ovale Form, Kreisform oder eine im Wesentlichen trapezartige Form haben.

Gemäß Fig. 4 können z. B. zwei, vier oder achtzehn Tiefenabweichungen 1 6 vorhanden sein. Auch sind andere verschiedene eine ungerade Zahl an Tiefenabweichungen 1 6 ist möglich. Auch wenn im gegebenen Beispiel die Tiefenabweichungen 1 6 auf dem Wälzkörper 15 umlaufend abstandsgleich sind, können die; Abstände zwischen benachbarten Tiefenabweichungen 1 6 verschieden groß sein.

Die Tiefenabweichungen 16 können gebildet werden, indem dem Wälzkörper 15 lokal Werkstoff hinzugefügt wird (siehe Fig. 5 (a)), oder in anderen Worten, indem lokal Vorsprünge auf dem mindestens einen Wälzkörper 15 angebracht werden. Auch können die Tiefenabweichungen 1 6 dadurch gebildet werden, dass lokal Werkstoff vom Rollenkörper 15 entfernt wird (siehe Fig. 5 (b)), oder in anderen Worten, dass lokal Rillen in dem mindestens einen Rollenkörper 15 gebildet werden. Das Format der Tiefenabweichungen 16 kann von der Art des verwendeten Sensors abhängen. Die Wellen-Lager-Anordnung 10 umfasst ferner mindestens einen Sensor 19 zur Erzeugung eines Signals, wenn die Tiefenabweichungen 16 daran vorbeilaufen. Der Sensor 19 ist mit einem Teil des Getriebes, dessen Bestandteil die Wellen-Lager- Anordnung 10 bildet, oder mit einem Teil des Wälzlagers 12 fest verbunden. Der Sensor 19 hat eine Nenn- bzw. Abtastrichtung, die durch einen Kegel begrenzt wird, dessen halber Winkel oben 40° beträgt, und eine Mittellinie CL des Kegels steht senkrecht zu einer Ebene, die mit einer Toleranz von +40° bzw. -40° von der Seitenfläche 17 gebildet wird, welche die Tiefenabweichungen 1 6 umfasst (siehe Fig. 6). Mit anderen Worten, der Sensor 19 hat eine Nenn- bzw. Abtastrichtung, die mit einer Toleranz von +40° bzw. -40° senkrecht zu einer Ebene steht, die von der Seitenfläche 17 gebildet wird, welche die Tiefenabweichungen 1 6 umfasst. Die Mittellinie CL des Kegels im Wesentlichen senkrecht zur Ebene stehen, die von der Seitenfläche 17 gebildet wird, welche die Tiefenabweichungen 1 6 umfasst.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Sensor 19 mittels eines Verbindungsteils 20 fest mit einem Teil des Wälzlagers 12 verbunden sein. Der Sensor 19 kann z.B. mit Hilfe des Verbindungsteils 20 fest mit dem Außenring 14 des Wälzlagers 12 verbunden sein. Dies ist in Fig. 7 veranschaulicht. Auch kann der Sensor 19 auf ähnliche Weise mit einem Innenring 13 des Wälzlagers 12 oder einem Käfig des Wälzlagers 12 (in den Figuren nicht gezeigt) fest verbunden sein.

Nach weiteren Ausführungsformen kann der Sensor 19 fest mit einem Teil des Getriebes verbunden sein. Beispielsweise kann der Sensor 19 mittels Verbindungsteil 20 fest mit dem Getriebegehäuse 21 (siehe Fig. 8) oder auf ähnliche Weise fest mit einer Welle 1 1 des Getriebes (nicht in den Figuren abgebildet). Das Verbindungsteil 20 zwischen dem Getriebeteil und dem Sensor 19 kann durch ein separates Verbindungsteil 20 gebildet werden, wie es in Fig. 8 gezeigt, oder durch ein Verbindungsteil 20, das mit dem Getriebeteil, mit dem der Sensor 19 verbunden ist, aus einem Stück gebildet wird (nicht in den Figuren abgebildet).

Nach einer Ausführungsform kann die Welle 1 1 eine Planetenwelle 1 1 sein, und das Lager 12 kann zur Lagerung von Planetenrädern 22 auf der Planetenwelle 1 1 dienen, oder mit anderen Worten ein Planetenradlager 12 sein. Diesem speziellen Beispiel entsprechend kann der Außenring 14 des Lagers 12 in das Planetenrad 22 eingebaut sein und der Sensor 19 über das Verbindungsteil 20 fest mit dem Innenring 13 des Lagers 12 verbunden sein. Dies ist in Fig. 9 und Fig. 10 veranschaulicht. Der Unterschied zwischen den beiden Figuren ist die Lage des Sensors 19. Prinzipiell kann der Sensor 19 in beliebiger Lage zum Rollenkörper 15 positioniert sein, aber je weiter der Sensor 19 von der (durch gestrichelte Linie angedeuteten) Mittellinie des Rollenkörpers 15 entfernt ist, desto besser wird das Sensorsignal sein.

Der Sensor 19 kann ein beliebiger, einem Fachmann bekannter Sensor sein, der zum Erkennen von Tiefenabweichungen 1 6 geeignet ist. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann der Sensor 19 ein Abstandssensor wie z.B. ein Wirbelstromsensor sein, oder er kann ein Impulsgeber wie z.B. ein induktiver Näherungsschalter-Sensor, ein Hall-Sensor oder ein Zahnradsensor sein. Diese Sensoren haben den Vorteil, dass sie das Vorhandensein naher eisenhaltiger Objekte ohne Körperkontakt erkennen können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Sensor 19 die Geschwindigkeit des Wälzkörpers 15 erfassen, unabhängig davon, welcher der Lagerringe 13, 14 sich dreht.

Durch zweckmäßige Positionierung und gezielte Wahl des Sensors 19 kann man in einem Schritt bzw. mit demselben Sensorsignal drei Arten von Schlupf messen, näm- lieh Rollenkörperschlupf, Käfigschlupf und Axialschlupf. Wird z.B. der Sensor 19 am Innenring 13 oder Außenring 14 des Lagers 12 befestigt, kann die Drehgeschwindigkeit in dem Moment ermittelt werden, in dem der Sensor am Wälzkörper 15 vorbeiläuft. Ein Vorteil dieser Sensorpositionierung besteht darin, dass auch die Drehgeschwindigkeit des Käfigs des Lagers 12 ermittelt werden kann; dadurch lässt sich aus dem Sensorsignal auch der Käfigschlupf berechnen. Wird z.B. ein Wirbelstromsensor 19 verwendet, der die Axialverschiebung der Rollenkörper 15 messen kann, lassen sich aus nur einem Sensorsignal drei Schlupfarten bestimmen, nämlich Rollenkörperschlupf, Käfigschlupf und Axialschlupf.

Die vorliegende Erfindung sieht auch die Verwendung eines gemäß verschiedenen Ausführungsformen oben beschriebenen Lagers vor, um die Geschwindigkeit mindestens eines Wälzkörpers 15 im Lager 12 zu bestimmen bzw. um den Schlupf im Lager 12 zu ermitteln.

Nachfolgend wird erläutert, wie man den Schlupf oder die Geschwindigkeit mindestens einer der Wälzkörper 15 gemäß Ausführungsformen der Erfindung ermitteln kann.

Fig. 1 1 zeigt beispielhaft Matlab-Simulationen für Wälzlager 12 mit rotierendem Innenring 13 und feststehendem Au ßenring 14, wobei der Sensor 19 am Au ßenring 14 befestigt ist. Die Erfindung gilt auch für Lager 12, bei denen der Innenring 13 feststehend ist und der Außenring 14 sich dreht. Der Wälzkörper 15, für den die Messungen simuliert sind, besitzt 20 Tiefenabweichungen 1 6, die umlaufend auf dem Wälzkörper 15 beabstandet voneinander angeordnet sind. Fig. 1 1 (a) zeigt die rechnerische Bahn des Sensors 19 im Koordinatensystem des Rollenkörpers 15 für verschiedene Schlupfgrade. Die fette schwarze Linie in der Figur signalisiert den vom Sensor 19 genommenen Weg. Von links nach rechts sind Simulationen für einen Schlupf von 0 %, 33 %, 67 % und 100% abgebildet. Dabei wird unter einem Schlupf von 0% verstanden, dass der Weg, den der Wälzkörper relativ zum Innenring zurücklegt, keinen Anteil aufweist, der mittels Gleitbewegung zurückgelegt wird. Bei einem Schlupf von 10% beträgt der Anteil des Weges, der durch eine Gleitbewegung zurückgelegt wird in Relation zum Gesamtweg des Wälzkörpers relativ zum Innenring 0,1 . Für die weiteren Prozentzahlen gilt entsprechendes. Aus der Figur geht hervor, dass je nach Schlupfgrad unterschiedlich viele Tiefenabweichungen 1 6 am Sensor 19 vorbeilau- fen. Das wird auch aus dem Zeitsignal des Sensors deutlich, das in Fig. 1 1 (b) abgebildet ist. Dies bedeutet, dass sich der Schlupfgrad bestimmen lässt, indem immer dann, wenn der Rollenkörper 15 mit den Tiefenabweichungen 1 6 am Sensor 19 vorbeiläuft, die Anzahl von Impulsen gezählt wird. Die Messauflösung lässt sich erhöhen, indem man nicht nur die Anzahl von Impulsen im Sensorsignal zählt, sondern auch die Zeitdauer zwischen den Impulsen berücksichtigt. Die Form der Vektor- Zeitlängen ist eine Parabel (siehe Fig. 1 1 (c)). Die geschätzten Kenngrößen dieser Parabel dienen zur Taxierung des Schlupfgrades.

Fig. 12 zeigt Ergebnisse aus Simulationen für einen Wälzkörper 15 wie oben zu Fig. 1 1 beschrieben, mit zufälligem Anfangswinkel des Wälzkörpers 15 im Moment des Vorbeilaufs des Rollenkörpers 15 am Sensor 19. Das linke Diagramm zeigt die Anzahl von Impulsen, die bei jedem Vorbeilauf des Sensors 19 am Wälzkörper 15 gezählt wurden. Das rechte Diagramm zeigt den Parameter a der Parabel mit der Gleichung y = a + bx ² , berechnet aus dem Verlauf der Zeitabstände zwischen den Impulsen aufgetragen gegen die Zeit. Anschließend wird aus diesen Simulationen eine Funktion der Impulszahl und des Parameters a als Funktion des Schlupfes bestimmt. Diese Funktion ist in Fig. 12 durch die fette, durchgezogene Linie dargestellt. Im linken Diagramm ist dies eine gerade Linie, im rechten Diagramm wird eine Annäherung zweiter Ordnung verwendet. Anhand dieser Funktion wird dann der Schlupfgrad für die Simulationen geschätzt. Die Ergebnisse sind in Fig. 13 dargestellt. Der geschätzte Schlupfgrad aus der im Signal erfassten Impulszahl ist im linken Diagramm abgebildet. Aus diesem Diagramm geht hervor, dass 95 % der Schätzwerte innerhalb einer Abweichung von 15 % vom realen Schlupfgrad liegen,

d.h., bei 95 % der Kreuze in diesem Diagramm ist die Differenz zum realen Schlupfgrad (gerade Linie) kleiner als 15 %. Verwendet man die Funktion für Parameter a der geschätzten Parabel, ergibt sich ein Fehler von lediglich 2 % (siehe rechtes Diagramm).

Die Simulationen wurden experimentell überprüft. Zur Validierung der Simulationen wurde eine Versuchsanordnung aufgebaut. Ein Rollenkörper 15 mit einem Durchmesser von 58 mm wurde mit 20 Tiefenabweichungen 1 6 versehen, die mit Abstand umlaufend auf dem Rollenkörper 15 angebracht wurden, und von einem Elektromotor angetrieben, um die Rollenkörpergeschwindigkeit darzustellen. In dem Versuch wurde ein Zahnradsensor verwendet, der an einem Pendel befestigt war. Die Drehge- schwindigkeit des Pendels wurde mit einem Inkrementalgeber gemessen und repräsentiert die Käfiggeschwindigkeit des Lagers.

Bei jedem Vorbeilauf des Sensors am rotierenden Rollenkörper wurden die Zahl von Impulsen und die Zeitdauer zwischen den einzelnen Impulsen registriert. In ähnlicher Weise, wie oben für die Simulation beschrieben, wird aus dem Sensorsignal der Rollenschlupf geschätzt. Diese Schätzung wird mit einem genau bestimmten Schlupfwert verglichen, berechnet aus Werten gemessener Pendelgeschwindigkeit (= Käfiggeschwindigkeit) und der Motorgeschwindigkeit (Rollenkörpergeschwindigkeit).

Die Ergebnisse sind in Fig. 14 und Fig. 15 abgebildet. Bei dem Schlupfgrad, der aus der Anzahl der im Signal erfassten Impulse geschätzt wurde, liegen 95 % der Schätzwerte innerhalb einer Abweichung von 17 % vom realen Schlupfgrad; dies ist mit dem Simulationsergebnis vergleichbar. Verwendet man die Funktion für Parameter a der geschätzten Parabel, ergibt sich ein Fehler von 9 %.