技术摘要：
实施例涉及一种用于检测滚子体(102)在滚子轴承(104)中旋转的不规则性的装置(100)，所述装置(100)包括：测量模块(106)，其可操作成提供表示滚子轴承(104)的轴承圈(112；118)的表面区域(110)的变形的变形信号(108；200)，其中，所述变形是由于滚子体(102)在所述表面区域(  全部
背景技术：
滚子轴承的状态监测日益重要，特别是在具有中等及较大尺寸的滚子轴承的应用 中，例如在列车、风能转换器中或者在其它类型的发电厂中所使用的滚子轴承。 要被监测的运转状态的一个具体例子是监测轴承上的当前载荷，这对剩余使用寿 命的计算、超载荷状态或欠载荷状态的发生等具有显著影响。然而，除了直接收集关于滚子 轴承运转状态的信息之外，状态监测还可以用来确定关于实施特定滚子轴承的主要系统的 有用信息。例如，如果汽车或火车的轮毂或车轮中的滚子轴承采用载荷传感，则可以确定车 轮上的各个载荷，以便例如电子地控制提供给每个从动轮的功率的量或施加到每个车轮的 制动功率的量。 尽管其不可否认的好处，但是滚子轴承的状态监测仅仅很少使用，因为用来将所 确定的载荷或其他运转状态传输至监测电路的不同类型的传感器、评估电子器件和通信电 子器件须单独地安装在滚子轴承上，用线连接在一起并且被提供有运转能量。将不同类型 的传感器及相关的评估电子器件和能量来源单独地连接到滚子轴承可能相当地耗时并且 很昂贵。此外，传统的解决方案需要原始测量或监测数据的过多评估。 因此，期望的概念是允许更有效地实现对滚子轴承的状态监测。
技术实现要素：
本发明的实施例允许检测滚子体旋转的不规则性，例如由于保持架故障或分段保 持架的不必要的行为或甚至滚子体的丢失。为此，可以测量在滚子轴承的侧面的应变和/或 在围绕轴承圈的圆周的位置处的应变，以获得由于滚子通过所引起的应变变化。也就是说， 实施例使用载荷传感，其使用在滚子轴承的内圈或外圈的某一位置由滚子通过所引起的应 变变化。 根据本发明的一方面，提供了一种用于检测滚子体在滚子轴承中旋转的不规则性 的方法。所述方法包括的步骤是提供表示滚子轴承的轴承圈的表面区域的变形的变形信 号。由此，所述变形是由于在滚子轴承的操作期间滚子体在所述表面区域上的旋转。此外， 所述方法包括的步骤是从变形信号中提取一个或多个所关注的信号量或部分，以及提供关 于所提取的一个或多个所关注的信号量/部分的统计信息的步骤。 所述方法可以适用于任意的滚子轴承，比如径向或轴向轴承，包括滚珠轴承、圆柱 滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、或球面滚子轴承。因此，滚子体或滚动元件可以由滚 4 CN 111610025 A 说　明　书 2/9 页 珠、滚针、圆锥滚子和球面滚子的组形成。例如，(深沟)滚珠轴承被设计成用于支撑主要径 向载荷，而球面滚子轴承通常被设计成用于容纳重径向载荷以及重轴向载荷。在径向轴承 中，内外轴承圈不仅同轴而且同心。也就是说，内圈同心地位于外圈内，并且内圈和外圈大 致位于基本上垂直于旋转轴线的相同平面内。在径向轴承处于实际使用时由多个滚动元件 穿过的路径与内外圈同心。内圈和外圈形成共面配置，并且相对于彼此同轴旋转。 在轴向轴承中，内圈和外圈布置成同轴但不同心。第一内圈位于大致垂直于旋转 轴线的第一平面内，外圈位于大致垂直于旋转轴线并且与第一平面间隔开的第二平面内。 在轴向轴承处于实际使用时由多个滚动元件穿过的路径与内外圈同轴，但是位于与第一平 面和第二平面大致平行的另一平面内。 在实施例中，提供变形信号包括在滚子轴承的运转状态中通过联接到(内外)轴承 圈的表面区域的变形传感器产生或测量变形信号。由此，所述变形传感器可以包括至少一 个应变计，以在滚子体在滚子轴承的径向和/或轴向载荷下通过所述表面区域时测量表面 区域的应变或机械变形。随着表面区域因通过滚子所传递的载荷而变形，表面区域上应变 计的薄片可能会变形，导致其电阻发生变化。这种电阻变化(通常是使用Wheatstone电桥来 测量的)由被称为量规因子的量而关联于所述应变。原则上，其他的传感器概念也是可以想 象的，比如联接或连接到滚子轴承或其滚道并且通过其他物理量来测量变形的电感、电容、 光学、或者磁性变形传感器。理想地，所得的变形信号将是正弦信号，其在受到机械载荷的 滚子体通过联接到变形传感器的测量表面时具有变形峰。例如，当滚子元件间距存在不规 则时，大致正弦测量信号将变得不规则，例如关于频率分量、信号幅度等。 尽管一些实施例针对提供关于形成滚道的轴承圈的内表面的弹性变形的变形信 号，即关于大致平行于滚子轴承的旋转轴线的表面区域，但本发明的其他实施例包括确定 大致垂直于滚子轴承的旋转轴线的表面区域的变形。这可能是特别的情况，当采用所谓的 “侧载荷测量”时。当变形传感器可操作成确定大致垂直于旋转轴线的表面区域的变形，这 可能是特别的情况。也就是说，在径向轴承的示例中，变形传感器将会可操作成提供表示轴 承圈的沿径向延伸的侧面比如凸缘的变形的变形信号。测量模块的特别紧凑的实施方式可 能通过采用侧载荷测量而变得可行，其基于在大致垂直于旋转轴线的轴承圈上表面区域的 变形的感测及进一步处理。更一般地，由于侧载荷测量，可以采用基本上不同于平行于旋转 轴线的任何表面的表面区域的变形。 这种表面区域的变形是由载荷随着通过轴承的滚动元件从内圈传递至外圈而引 起的。特别是，当滚子元件通过邻近特定表面区域的区域时，通过滚动元件而被传递的载荷 促使内圈或外圈发生弹性变形且因此轴承圈的表面区域发生变形。即使当滚子轴承上的主 载荷的向量指入与表面区域的表面法线不同的方向时，可以在滚子轴承的机械特性特别是 轴承圈的材料和尺寸以及滚动元件的数量、尺寸和材料已知时得出载荷向量的方向和强度 的结论。例如，可以通过使用有限元分析方法(FEM)、在不同操作条件下(例如在不同的载荷 向量方向、温度等)对滚子轴承的变形特性建模来执行载荷向量的确定。这个概念可以用来 确定在径向轴承上以及在轴向轴承上的载荷。 在一些实施例中，提供变形信号(其可以包括在子步骤中测量变形信号)还可以包 括将变形信号存储在存储设备中，用于随后的统计分析。出于这个原因，安装在或连接到在 例如与风能设备的壳体相同的壳体中的滚子轴承的测量模块可以包括电子存储设备，比如 5 CN 111610025 A 说　明　书 3/9 页 半导体存储器。然后可以对所存储的变形信号样本进行分析来提取所关注的统计信息。 根据本发明的实施例，提供统计信息可以包括提供(基于变形信号)表示一个或多 个所关注的变形信号量的概率分布的信号。概率分布可以被定义为将概率分配给随机试验 的每个可能的结果。在本发明的上下文中，随机试验可以理解为多个滚动元件在滚子轴承 或其两个轴承圈内旋转。为了确定信号量的概率分布的指示的目的，变形信号的总时间持 续可以被细分成多个时间间隔。在这种情况下，提取一个或多个信号量的统计信息可以包 括对于整个信号或对于每个时间间隔来说从变形信号振幅、相邻变形信号峰之间的时间 差、相邻变形信号最大值之间的时间差、以及相邻变形信号最小值之间的时间差等的组中 提取一个或多个信号参数。 根据特定的实施例，提供表示概率分布的信号可以包括分别确定表示一个或多个 所关注的信号量的分布的一个或多个直方图。在统计学中，直方图是代表示出数据分布的 印象。它是连续变量的概率分布的估计。直方图包括表格频率，示出为相邻的矩形，竖立在 离散间隔(箱)上，面积等于在该间隔的观察频率。箱的高度还等于间隔的频率密度，即由间 隔的宽度所划分的频率。直方图的总面积等于数据的数量。直方图还可以规格化显示相对 频率。然后它表明落入若干类别的每个中的情况的比例，其中总面积等于1。这些类别通常 被指定为变量的连续、非重叠的间隔。类别(间隔)应该是相邻的，并且经常被选择成是相同 大小的。可以将直方图的矩形或箱绘制成使它们相互接触，以表示原始变量是连续的。也就 是说，在实施例中，直方图可以关于来自信号振幅、相邻信号峰之间的时间差、相邻信号最 大值之间的时间差、以及相邻信号最小值之间的时间差的组的信号参数的分布。通过查看 正弦载荷传感或变形信号的各个波，某些特征可被存储，比如幅度和/或最大值的时间和最 小值的时间。在已经聚集了大量的特性之后，对在这些测量的时间上的相对间距进行分析。 在时间上的相对间距可以归因于滚子间距。通过仅存储或推进时间间距、峰-峰、最大值和 最小值的直方图，要被存储或发送的数据的量可以大大减少。 在本发明的实施例中，提供一个或多个所关注的信号量的统计信息可以包括通过 数据网络将所确定的统计信息例如直方图数据从联接到滚子轴承的测量节点发送到通信 网络的远程评估节点。要指出的是，所确定的统计信息通常包括的数据远远少于原始变形 信号。也就是说，实施例的一个优点在于，滚子间距数据可以以非常紧凑的方式(例如直方 图)来表示，通过其来更容易地分析轴承的状态以及趋向随时间的变化。例如，各实施例还 可以通过只发送统计信息但足够精确以登记不太可能的故障事件来解决采用原始数据使 网络超载的问题。 可以通过有线或无线将统计信息从滚子轴承传送到评估节点。在后一种情况下， 通信是特别灵活的，并且不必执行繁琐的电线线路安装，例如这可能有利于在移动的火车 中使用。例如，就这方面用于发送统计信息的无线发射器可以对应于以下之一：由第三代合 作伙伴计划(3GPP)标准化的作为全球移动通信系统(GSM)的移动通信系统或收发器、增强 数据速率GSM演进(EDGE)、GSM  EDGE无线电接入网络(GERAN)、通用陆地无线电接入网络 (UTRAN)或演进UTRAN(E-UTRAN)例如通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)或LTE高级 (LTE-A)、或具有不同标准的移动通信系统，例如多标准无线电(MSR)、全球微波互连接入 (WIMAX)IEEE802.16或无线局域网(WLAN)IEEE  802.11，通常基于时分多址(TDMA)、频分多 址(FDMA)、码分多址(CDMA)、正交频分多址(OFDMA)或具有像滤波器组基于多载波(FBMC)系 6 CN 111610025 A 说　明　书 4/9 页 统的复用功能物理层的任何其它技术的任何系统。当然，还可以使用短距离通信系统，比如 Nanotron(线性调频扩频)、ANT、DUST、无线HART(可寻址远程传感器协议)、ISA100(国际自 动化学会)、蓝牙或ZigBee。 一些实施例包括安装在移动通信网络的装置内的一个或多个可编程电气控制电 路，用于执行上述方法。这样的可编程电气控制电路，例如数字信号处理器(DSP)、专用集成 电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或具有硬件加速器的通用处理器，需要相应地编 程。因此，另外的实施例还提供了具有程序代码的计算机程序，用于在计算机程序在可编程 的硬件设备上执行时实现该方法的实施例。 根据其他方面，提供了一种用于检测滚子体在滚子轴承中旋转的不规则性的装 置。所述装置包括测量模块，其可操作成提供表示滚子轴承的轴承圈的表面区域的变形的 变形信号，其中，所述变形是由于滚子体在所述表面区域上或沿着其的旋转。所述装置还包 括处理器，其可操作成从变形信号中提取一个或多个所关注的信号量，并且可操作成提供 关于所提取的一个或多个所关注的信号量的统计信息。由此，在一些实施例中，所述装置可 以形成数据网络的第一节点，在所述装置的旁边，该第一节点还包括联接到所述装置的滚 子轴承。第一网络节点可以是移动的网络节点。所述装置还可以包括发射器，其可操作成将 统计信息发送到数据网络的远程第二节点，用于评估的目的。数据传输可以根据任何前述 的通信概念发生。 一些实施例包括安装在用于检测不规则性的装置内的一个或多个可编程电气控 制电路，用于执行上述相应方法的实施例。这样的可编程电气控制电路，例如数字信号处理 器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、或具有硬件加速器的通用处理器，需要相应地编程。因 此，另外的实施例还提供了具有程序代码的计算机程序，用于在计算机程序在可编程的硬 件设备上执行时实现该方法的实施例。 概括地说，本发明的一些实施例提出使用统计信息(例如以直方图的形式)来平均 各种信号特性，例如： ·作为用于滚子载荷的指标的信号幅度， ·作为用于保持架间隙影响的指标的峰-峰间距， ·作为保持架段的运动的指标的滚子间距(谷)。 附图说明 下面仅通过示例并参照附图对各装置和/或方法的一些实施例进行说明，其中： 图1a示出了连接到滚子轴承的内轴承圈的测量装置的示意性实施例； 图1b示出了用于检测在滚子轴承中旋转的滚子体之间的间距的不规则性的示例 性方法的示意性流程图； 图2a示出了示例性的变形信号； 图2b示出了图2a的变形信号的放大部分； 图3a示出了关于变形信号的信号峰的时间间隔的直方图； 图3b示出了关于变形信号的信号谷的时间间隔的直方图； 图4a示出了关于变形信号的信号谷的时间间隔的另一直方图； 图4b示出了关于变形信号的信号谷的时间间隔的另一直方图； 7 CN 111610025 A 说　明　书 5/9 页 图5示出了关于信号峰幅度应变的直方图； 图6示出了关于信号谷幅度应变的直方图；以及 图7示出了关于信号峰-峰应变的直方图。