JP6857667B2 - 平軸受、プラスチック・スライド要素、摩耗検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents

平軸受、プラスチック・スライド要素、摩耗検出のためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、機械工学の軸受技術の分野、すなわち互いに対して動くことができる構成要素を案内するための「軸受」にあり、詳細には、「転がり軸受」とは対照的な「平軸受」の分野にある。
本発明は、より詳細には、最大限にメンテナンス不要であり無潤滑の軸受装置のための平軸受、およびそのためのスライド要素、すなわち、可動部材間の摩擦を低減させる摩擦的に最適化された特徴を持つエンジニアリング・プラスチック材料のスライド要素に関する。
本明細書で使用される意味での平軸受は、第1の構成要素を有する。第1の構成要素は、具体的には無潤滑固体摩擦による第1の構成要素に対する第2の構成要素の移動案内のためのスライド面を有する、プラスチック材料の少なくとも1つのスライド要素を備える。スライド要素は、この場合、例えば平軸受ブシュのような、互いに対して動くことができる2つの構成要素の機械的な切り離しのための追加の構成要素として使用され得る。プラスチック材料のスライド要素は、それ自体が、機械的な軸受装置の、軸受を取り付けるまたは軸受が取り付けられる構成要素を形成してもよい。案内される構成要素は、金属製であってよい。
本件は、具体的には、少なくとも1つの摩擦相手がプラスチック材料から作られている、固体摩擦(「乾式摩擦」、すなわち流体膜潤滑のない摩擦)のある平軸受を考える。最新のプラスチック平軸受は、任意で「自己潤滑」特性を有することができる特別なプラスチック材料を使用しており、過去数十年において、無潤滑かつメンテナンス不要な平軸受の最も重要なタイプの一部になってきている。
固有の摩擦により、ある程度の摩耗、具体的には摩損により引き起こされる劣化は、平軸受において不可避である。摩耗は、平軸受の所期の耐用寿命を定め、または、例えば不適切な使用または過負荷の場合に、ことによると、より早期に破壊点に達する。
したがって、本発明は、問題になっているタイプの平軸受における摩耗(または劣化)の検出のためのシステム、および前記システムの適用に関する。本発明は、主として、摩耗検出に適した平軸受およびスライド要素に関する。前記摩耗検出は、非接触または無接触的に行われることが望ましい。
非接触検出用のRFIDシステムは、電気工学から知られている。これらは、主に、非接触での対象物の位置決定および識別の機能を果たす。RFIDシステムは、実質的に、識別情報を含むRFIDタグとしてよく知られている少なくも1つのトランスポンダ、および、識別子を読み取ることができる対応するリーダからなる。リーダは、電波、すなわち交流電磁場を発生し、トランスポンダはそこに曝されている。パッシブ型トランスポンダは、それらのアンテナを介して電界エネルギーの一部を取り込み、それを通信中における自らの電力源として使用する。アクティブ型トランスポンダは、自己電源を有する。どちらの場合も、トランスポンダは、リーダによって検出される交流場における応答を変調させる。RFIDトランスポンダは、小さく頑丈であり大量に製造され構造が簡単なので、非常に安く入手することができる。したがって、これらは、すでに広範に使用されており、例えば、何十年も、窃盗から守るために商品に取り付けられてきた。ごく最近になって、RFIDシステムは、例えば、身分証明書の識別、車両の固定化、またはひいては紙幣にも使用されている。
RFIDシステムの使用は、やはりまた、機械工学、具体的には軸受、特に転がり軸受の生産および適用例においてすでに一般に知られている。
特許文献1には、例えば型式名、公差詳細、特別要件、製造時期およびロット番号など、転がり軸受に関する複数の情報項目を恒久的かつ非接触により検索可能に記憶するRFIDタグのための特別なホルダを含む、転がり軸受が記載されている。特許文献2には、同様に、RFIDタグを使用して、正規品か偽造品かを検出する提案が開示されている。RFIDタグのより広範な使用についてはどちらにも記載されていない。
特許文献3には、主に金属製の構成要素、具体的には金属構成要素からなる転がり軸受だけでなく平軸受およびリニアガイドにおいても使用されるように設計されたRFIDトランスポンダのアンテナの特定の実施形態が開示されている。アンテナは、軸受形状にほとんど影響を与えない単純なスロット形状を有する。それによって、とりわけ金属部材による固有の遮蔽の結果生じる問題を防ぐことが可能になる。
特許文献4には、走行面とその間にある転動体とを含む転がり軸受アセンブリが開示されている。転動体上には、転動体上にある追加のセンサによって決定される力を緩衝しそれらをワイヤレスでリレーする、メモリ付きのアクティブ型RFIDタグが配置されている。
上述したRFIDによる解決策によって、製品の識別および記憶されているデータの読出しが可能になる。さらなるセンサと併せて、これらの解決策は、やはりまた、状態検査および理論的には摩耗検出をある程度可能にする。
物理的変数を決定するための追加のセンサには電力が供給されなければならず、したがって追加の費用を伴う。これがコストの上昇を引き起こし、プラスチック平軸受の重要な利点、すなわち設計が単純であり従来の金属設計の転がり軸受と比較すると全体的にかなりコストが低くて済むという利点を帳消しにしてしまう。
特許文献5には、動作中に機械部材とともに摩耗するようにその機械部材上に取り付けられた少なくとも1つの電導体トラック構造を使用した、進行する動作に伴う摩耗を受ける機械部材の状態の遠隔監視のためのデバイスが開示されている。例えば切断工具の、前記遠隔監視は、トランスポンダを用いて行われ、とりわけ導体トラック構造により生産が非常に高くつく。
米国特許第7,534,045号明細書 米国特許第6,501,382号明細書 国際公開第2009/127190号パンフレット 独国特許第102007009093号明細書 独国特許第10227677号明細書
したがって、本発明の第1の目的は、平軸受またはそうした平軸受用のスライド要素における、非接触状態検査、具体的には非接触摩耗検出のための解決策を提案することである。解決策は、構造が単純であり安価で生産できる必要がある。
本発明の第1の態様によれば、請求項1のプリアンブルによる平軸受において、第1の構成要素が、プラスチック材料の少なくとも1つのスライド要素の危険領域における摩耗の検出のためのデバイスを有するという点で、上述した第1の目的の達成が提案される。危険領域は、(新品のときは)スライド面の一部であってよく、スライド面に近接していてもよく、または具体的には、進行する摩耗の方向においてこのスライド面に直接隣接することができる。原理上、危険領域は、容認可能な摩耗に対する限度と、これから離れた摩耗がまだ危険でないまたはすでに危険と考えられ得る小領域とを含む。危険領域は、摩耗を受けやすい場所に設けられるべきである。
本発明の第1の態様によれば、非接触摩耗検出のためのデバイスは、トランスポンダと、検出器要素とを有する。この場合、検出器要素は、トランスポンダと協働し、危険領域で所定の摩耗程度に達したときにトランスポンダの挙動を変化させるように構成されスライド要素上に配置される。この構成の結果として、摩耗に関する変化は、トランスポンダ自体を使用してワイヤレスで、すなわち検査されるべき構成要素に接触することなく検出され得るようになる。それによって、具体的には、動作を遮断することなく、継続した監視が可能になる。電子工学的な作用モードは、自動化を可能にする目的で、具体的には、監視されるべき複数の平軸受の場合に有利である。
所定の摩耗程度は、具体的には、スライド要素の名目上の耐用寿命の終わりに向けた適切な使用で達成される、新品に対する摩損関連の摩耗限度を表すことができる。換言すると、これは、越えた場合に確実な動作がそれ以上保証されないことを意味する、限度である。
検出されるべき摩耗は、任意のタイプの軸受特有の劣化または摩耗とすることができ、例えば摩損、亀裂および/または疲労破壊の結果生じる摩耗とすることができるが、具体的には、プラスチック材料のスライド要素と、例えば金属製であってよい、スライド要素によって軸受に取り付けられるべき構成要素との間の、固体摩擦によるスライド面の摩損による摩耗とすることができる。
というのも、危険領域において所定の摩耗程度になった場合、検出器要素は、実質的に、単にトランスポンダの挙動を変化させ、したがって、例えば名目上の挙動に対するこの摩耗関連変化をワイヤレスで検出することができるので、電気工学的に単純な解決策が別個のセンサ構成要素などがなくても達成され得る。トランスポンダの固有の構成要素または容易に適合される構成要素は、検出器要素として特に適している。
本発明は、とりわけ、危険な摩耗程度の識別に、厳密に定められた測定値、すなわち変数の量的な決定の必要がない、という驚くほど簡単な認識に基づいている。検出が非接触で行われるので、摩耗検出のためのデバイスが、機械または装置に対して静止している軸受装置の構成要素に設けられるのか、動いている軸受装置の構成要素に設けられるのかが、さらに重要ではなくなる。
本発明による解決策に適したまたは手間を要さずに適合可能なトランスポンダは、すでに、非常に低い単価で入手可能である。一方では、ワイヤレス検出が可能であることにより、他方では、トランスポンダの挙動を決定する検出器要素と相まって、本発明による解決策により、とりわけ、センサ、その設置および配線などについての支出が回避される。さらに、検出器要素は、パッシブ型の、重量が非常に低くサイズがきわめて小さく頑丈に具現化されたものとすることができる。したがって、本発明は、とりわけ、あらゆる不安定さを回避し、さらに、原理上、例えば肉厚が薄く直径が小さなプラスチック軸受ブシュである、プラスチック材料の小さなスライド要素においても設置が可能である。スライド要素は、それ自体、軸受に取り付けられるべき構成要素を形成する(すなわち、軸受装置の1つの構成要素がスライド要素からなる)、またはそのいくつかの構成要素部材のうちの1つを構成することができる。例えば、より高いレベルの軸受ハウジングは、例えば格納される軸受として平軸受が具現化される場合に設けられ得る。前者に限らないが、特に、トランスポンダと検出器要素のコンパクトな構造は有利である。
製造が簡単な例示的な一実施形態では、スライド要素は、そのスライド面にくぼみを有し、そのくぼみの中には、検出器要素が配置され、好ましくは、具体的にはトランスポンダと一緒にくぼみの中に完全に収容される。くぼみは、スライド面から延在することができ、内方に、具体的には進行する摩耗の方向にスライド面に対して内方にオフセットして、すなわち相対的に移動する他の構成要素から離れて、検出器要素を設けることを可能にする。このようにして、または(新品のときの)スライド面と検出器要素の動作ポイントとの間における空間の適当な選択によって、要望通りに、容認可能な摩耗の程度を指定または予め決定することが可能になる。摩耗がこの限度に達した場合、検出器要素が、例えば破壊または摩損に関連した導体遮断に応答する。
検出器要素は、任意で、トランスポンダと一緒に、プラスチック材料のスライド要素のレセプタクル内に収容され、スライド要素の中に埋め込まれることが好ましく、すなわち、検出器要素またはトランスポンダは、外に対して収納される、好ましくは、周囲を取り囲む材料によって密に密封または囲繞される。この材料は、スライド要素のプラスチック材料と同一であってよく、またはそれと異なり、具体的には耐摩耗性が低い材料であってもよい。スライド要素の本体内への好ましくは一体的な接合による組み込みは、様々なやり方で行うことができ、例えば、射出成形による製造中の封入、上への成形、またはその後の充填、付加的な方法などによって行うことができる。包囲材料をスライド要素のプラスチック材料と一体的に接合接続することによって、封入および/または定位置における固定が可能になる。
(スライド面に投射される底面積という意味での)くぼみの面積の寸法は、スライド要素の支承機能の減衰を可能な限り小さくするために、スライド面自体の面積の寸法に対して可能な限り小さく、具体的には20%未満、好ましくは10%未満としなければならない。
製造中の取り扱いが簡単な特に安価な一実施形態では、トランスポンダおよび協働する検出器要素は、検出モジュールと一体化されている。検出モジュールは、例えば、パッシブ型RFIDトランスポンダの形態、または対応する技術を使用して作られ得る。モジュールの寸法は、好ましくは、ここでは、プラスチック・スライド要素の対応する寸法よりも著しく小さい。検出モジュールは、この場合、検出器要素が危険領域内にある、具体的には摩耗限度の動作領域のところにあるように、監視されるべき少なくとも1つのプラスチック・スライド要素上に配置される。この目的のため、プラスチック・スライド要素は、前もって作られたレセプタクルまたはくぼみを有することができる。
別法として、検出器要素は、例えばRFIDトランスポンダまたはRFIDタグである、従来から市販されているトランスポンダに別個の構成要素として接続されてもよい。したがって、例えば、特に小さなスライド要素の場合、トランスポンダは、スライド面から離れて、危険領域の外に設けられてもよい。この場合、例えば回路のシャントの形態の導体である、小さなサイズの検出器要素だけが、危険領域内へと案内される。
各トランスポンダは、項目数(number of items)を増加させるために、検出器要素を1つだけ有することが好ましい。それに応じて、スライド要素は、検出器要素を1つだけ含む1つのトランスポンダを有することが好ましい。あるいは、1つのトランスポンダが、任意で、いずれの場合も比較的短い検出器線路を介して共通のトランスポンダに作用する、1つまたはn個のプラスチック・スライド要素におけるn個の検出器要素と関連付けられてもよい。しかしながら、個数nは、可能な限り小さくすべきである。
トランスポンダ1つあたりの検出器要素n個の比率をn:1にすると、より確実な検出が可能になるが、より高価になる。例えば、複数部材からなる構造の平軸受の場合、すなわちいくつかのスライド要素が第1の構成要素に設けられる場合、スライド要素のうちのいくつかまたはすべてがいずれも検出器要素を有することができ、その検出器要素は、個々の検出器要素との接続のための端子を有する共通のトランスポンダ、好ましくはマイクロチップを含むRFIDトランスポンダと接続され得る。異なる摩耗限度に対応する検出器要素が1つの同じプラスチック・スライド要素上に配置される、または異なるスライド要素上に配置され共通のトランスポンダ、例えばマイクロチップを含むRFIDトランスポンダと協働する場合、例えば、摩耗の様々な段階を識別することができる。マイクロチップは、この目的のため、個々の検出器要素の接続のための複数のインプットを備え、変化としてその状態に応じた情報の項目をリーダに送ることができる。適当なリーダは、具体的には、送受信可能なトランシーバである。
リーダまたはトランシーバによって検出可能なトランスポンダの挙動の変化は、具体的には電気工学的に測定可能なパラメータ変化である、多種多様な形態をとることができる。トランスポンダの動作準備完了状態に影響を及ぼす線路遮断または線路短絡は、特に簡単に検出可能である。このように、検出器要素は、具体的には、トランスポンダの動作を無能にするか、またはそれをシャットダウンすることができる。回路トポロジが、例えば、危険な摩耗に従って修正され得るか、または、例えばトランスポンダにおける共鳴回路のインピーダンス値などの電気工学的に測定可能なもしくは機能的に関連のあるパラメータが、変更され得る。原理に関する重要な要因は、トランスポンダが、摩耗検出のためのインジケータとして、容認可能な摩耗程度に到達または越えたときに検出可能な異なる挙動を示し、それが無線通信またはワイヤレスで検出され得ることである。したがって、線路遮断は、例えば危険領域の方に延びる検出器線路を介して、挙動の変化を引き起こすことができる。例えば、トランスポンダのアンテナ自体の一部を、危険領域で所定の摩耗程度に到達または越えた場合に作動しなくなるほど、危険領域での摩耗に曝露することもできる。
上述した第1の目的は、さらに、とりわけ請求項19によるスライド要素によって達成される。したがって、本発明は、さらに、さらなる独立態様による、電子工学的な非接触摩耗検出のためのトランスポンダと検出器要素とを備える、無潤滑軸受装置のための平軸受の摩擦的(tribological)プラスチック材料のスライド要素に関する。検出器要素は、スライド要素の、具体的には固体摩擦誘起の劣化による、摩耗を受けやすい危険領域に設けられ、摩耗に応答して、危険領域における所定の摩耗程度においてトランスポンダの挙動を変化させる。スライド要素は、上述した特徴、または自由度をさらに含む以下の好ましい特徴のうちの1つまたは複数を有することができる。
両方の態様において、検出器要素は、トランスポンダの無線挙動を変化させることが好ましい。
摩擦的に最適化されたプラスチック材料は、固体潤滑剤粒子、例えばエンジニアリング繊維である強化材料、および/または付加物(addition)もしくは添加剤の形態の賦形剤を含有したベースポリマーからなり得る。この場合、材料の混合物は、射出成形に適しており、均質であることが好ましい。
一実施形態では、キャリアまたはハウジングを有する検出モジュールは、ハウジングを備えるトランスポンダと、そこから離れたキャリアまたはハウジングの領域であって、検出器要素が摩耗誘起破断の際にトランスポンダの挙動を変化させる予め決められた破断ポイントのようにそこに配置される領域とを備えることができる。キャリアは、例えば、可撓性の自己粘着ラベルを備えることができる。その一方で、例えば、従来のトランスポンダと用途に適合された追加の検出器要素の樹脂封入は、ハウジングとして適している。モジュール・ハウジングは、例えば複数構成要素および/またはIMPIM(金属/プラスチック一体射出成形(integrated metal/plastics injection molding))法を使用して、無線回路とともに、具体的にはプラスチック平軸受要素も一緒に、射出成形されてもよい。検出モジュールは、監視されるべき所定の危険領域内に検出器要素が位置するように、配置され得る。
さらなる一実施形態では、いくつかのプラスチック・スライド要素は、いずれも、軸受装置の摩耗を受けやすい領域に少なくとも1つの検出モジュールをそれぞれ有する。それによって、最も摩耗を受けやすいプラスチック・スライド要素の予測が困難な場合であっても、および/または、所与のトランスポンダ・エラー率、例えば非常に安いパッシブ型トランスポンダの場合によくあるような所与の誤陽性または誤陰性率の場合でも、確率的に信頼性の高い検出が可能になる。
検出器要素は、好ましくは、具体的には回路内で電子工学的にトランスポンダと協働する。検出器要素は、トリガリング挙動が要望に応じて選択され得るように、別個の構成要素としてトランスポンダと接続され得る。
検出器要素は、すでに知られているトランスポンダの既存構成要素または修正構成要素として具現化されてよく、したがって製造コストを最低限に抑えられる。
単純な一実施形態では、検出器要素は、危険領域内に延在し例えば所定の摩耗程度に対する所定の破断ポイントのように露出し、所定の摩耗程度に達したときに遮断されることが意図される検出器線路の一線路部分として具現化される。回路構成に応じて、遮断は、トランスポンダの動作準備完了状態を妨げるおよび/または(再)確立することができる。
摩耗に応じて動作準備完了状態を可能にする、すなわち、言うなればトランスポンダをオンに切り替える一変形形態では、トランスポンダは、平軸受またはスライド要素が未使用で新品状態のときに検出器要素を介して短絡されているアンテナを有する。トランスポンダの基本周波数に応じて、(低周波数)「短絡」の代わりに、インピーダンス不整合から十分な整合への変更、または、摩耗に応答して変えられる例えば開放もしくは短絡されるスタブを介したアンテナからのまたはアンテナへの電力伝達が考えられる。それによって、所定の摩耗程度に達したときに「短絡」を開放しまたは不整合から整合に切り替えてアンテナ機能を可能にするように、検出器要素を具現化することが可能になる。したがって、トランスポンダは、摩耗限度に達したときだけリーダによって検出される。
別法として、検出器要素が危険領域内に延在するアンテナ自体の一構成要素部材として具現化される場合、所定の摩耗程度に達したときにアンテナが遮断されるまたは機能に適合しないように、トランスポンダの動作が中止されてもよい。この解決策は、かなりの程度の無線エラー率のトランスポンダの場合、トランスポンダが応答することが最初に保証され得るので、有利である。さらに、名目上の動作トランスポンダは、例えば製品情報など、従来のRFID機能のために使用され得る。
限られないが特に、パッシブ型トランスポンダ構成または無線送信電力から自動的に給電(supply)されるトランスポンダ構成の場合、アンテナを誘導コイルとして具現化するまたは誘導コイルを備えるように具現化することが有利である。ダイポール・アンテナも、特により高い周波数域の場合可能であり、全体的に、誘導コイルよりも小さい。
アンテナの形態の誘導コイルは、具体的にはパッシブ型トランスポンダの場合に、トランスポンダの共鳴発振回路の一構成要素部材とすることができ、調波または振動吸収器のように、共鳴周波数でリーダまたはトランシーバによって測定される電磁場の変化を引き起こすことができる。「周波数偏差」法は、この目的のために知られており、この方法において、リーダは、共鳴の際にトランスポンダによるフィールド・コラプス(field collapse)を検出するために、共鳴周波数の範囲にわたって周波数を変化させる、すなわちブレを生じさせる。もともとは窃盗に対するセキュリティのために開発されたEASタグの形態の対応するトランスポンダ回路は、例えば、米国特許第3,810,147号明細書および米国特許第3,500,373号明細書に開示されている。そのようなシステムにおいて、トランスポンダは、実質的に誘導コイルおよびキャパシタを含む共鳴発振回路だけからなる、例えば粘着ラベルのように、非常に安く生産することができる。それに加えて、これらのシステムにおいて、さらに、リーダは、小電力量しか消費しない。
多くの項目数の場合、パッシブ型トランスポンダ、具体的には「1ビット・トランスポンダ」または「単一ビット・トランスポンダ」、すなわち単に、情報:「作業域内のトランスポンダ:はい」および「作業域内のトランスポンダ:いいえ」を送信するだけの(すなわち、1ビット)トランスポンダが適している。この目的のため、以下の構成を有するトランスポンダが特に実現可能である:
− 例えば基本発生周波数(fundamental generator frequency)8.2MHzの、上述したRF(無線周波数)LC共鳴発振回路(例えばCheckpoint Systems、http://us.checkpointsystems.com/、もしくは、Agon Systems:http://www.agon−systems.comからのRFシステム)の形態のトランスポンダであり、非常に安く近距離から中距離にわたって(遠隔結合距離:最大数メートル)エネルギー効率がよい、トランスポンダ、
― 例えば、容量ダイオードを含むダイポール・アンテナによって典型的にはマイクロ波域において発生周波数調波(generator frequency harmonics)を発生する、マイクロ波域内の周波数逓倍のためのトランスポンダであって、結果的に(10mを上回る)長距離にわたって誤検出もしくは誤警報が実質的にない、トランスポンダ、
― マイクロチップと共鳴回路コイル(resonant circuit coil)を含む、例えば概ね90から140kHzの間である、長波長域における分周器のような、同じく低いエラー率の、トランスポンダ、
− 軟磁性金属の周期磁場反転を検出する、最大概ね22kHzのLF域における、電磁(EM)法のためのトランスポンダであって、(プラスチック・スライド要素を除いて)大部分が金属部材からなる平軸受に特に適しているが、所与のエラー率(典型的には、概ね25〜30%)を有し、近距離(最大概ね2m)である、トランスポンダ、または、
− 例えばSensormatic(http://www.sensormatic.com)からの、58kHzである、磁歪の原理に基づいた音響磁気(AM)法のためのトランスポンダであって、最大概ね20mの長距離までの中距離を有し、エラー率が低いが、エネルギー消費が非常に高い、トランスポンダ。
上述したタイプのパッシブ型トランスポンダは、具体的には、例えば、検出器要素として所定の破断ポイントの形態の機能的に関連のある構成要素を危険領域に配置することによって、摩耗によりオフに切り替えられるまたは作用しなくなり得る(例えば、作用停止または完全に破壊される)。
かなりのエラー率のパッシブ型トランスポンダの場合、いくつかの冗長トランスポンダを含むシステムを構築することが有利である。冗長構成によって、独立したトランスポンダのうちの複数またはすべてが戻り信号を生成しないときだけ、超過摩耗が伝えられるようになる。したがって、例えば空間的に変えることにより、十分に独立した配置にすることによって、誤警告の危険(誤陽性)が無視できるほどの確率まで低減される。
上述したタイプのパッシブ型単一ビット・トランスポンダの代替として、さらなる一態様によれば、トランスポンダは、好ましくは、識別情報または識別子を記憶するマイクロチップを含むパッシブ型またはアクティブ型のRFIDトランスポンダとして具現化されてもよい。この場合、トランスポンダは、任意で比較的長距離における比較的大きな送信電力の場合でも規制承認の必要をなくすISM帯におけるワイヤレス通信用のアンテナを備えることが好ましい。
アクティブ型RFIDトランスポンダによって、例えば長い走行経路(>>2m)の配線配置について、より長いワイヤレス監視距離が可能になる。アクティブ型RFIDトランスポンダへの電力供給は、検出デバイスを備えた軸受装置の静止構成要素によって、または実際には(例えば誘導による)運動エネルギーから得られる電力により簡単にされ得る。
パッシブ型またはアクティブ型の「真の」RFIDトランスポンダの識別情報は、リーダによって問い合わせされ得る。こうして、例えば、メンテナンスされるべき軸受装置の信憑性チェック、位置決定および/または識別が可能になる。
RFIDシステムにおいて、1つの具体的な可能性としては、誤検出を最低限に抑えるように、危険な摩耗程度に達したときだけ、トランスポンダが検出器要素によってオンに切り替えられることが挙げられる。
選択するトランスポンダ技術に関わりなく、機能検査、具体的には摩耗に応答してオンに切り替えられるトランスポンダを用いた検出の場合に、監視されるべき平軸受に、好ましくはリーダと同じ周波数域の、独立したさらなる検査トランスポンダを設けることが望まれ得る。この検査トランスポンダの挙動は、好ましくは、摩耗に応答して変わらない、すなわち、新品状態で動作することが好ましい。監視または検査トランスポンダは、摩耗に曝露されるべきではなく、例えば、検出器要素なしで具現化されるべきであるが、その他の点では、摩耗検出のためのトランスポンダとできる限り同じように無線域内に配置されるべきである。検査トランスポンダは、製品情報を提供することができる。
特に単純で安価な一実施形態では、トランスポンダは、好ましくは検出器要素と一緒に自己粘着ラベル上に生産される。
さらに、本発明の範囲内で、検出器要素は、摩耗によってそれ自体が減衰せず、むしろプラスチック・スライド要素上の所定破断ポイントを監視するトランスデューサとして作用するようにされる。この目的のため、スライド要素は、危険領域に、所定の摩耗程度に達したときに検出器要素をトリガする所定破断ポイントをそれぞれ有することができる。この場合、検出器要素は、単純な電気機械スイッチ手段として具現化され、それによって、任意で、電気工学的構成要素に関係なく摩耗限度のより的を絞った調節が可能になる。例えば、同一の検出モジュールを、複数のスライド要素のタイプのいずれの場合にもスライド要素の構造に関係なく使用することができる。
検出器要素が、パッシブ型回路構成要素、または、例えば危険領域を通り摩耗限度での屈曲点もしくは屈曲部分を含む導体ループのような一導体部分として具現化される実施形態は、特に安価である。検出器要素自体は、例えば、所定の摩耗程度に達したときに破断する危険領域における一種の所定破断ポイントを形成することができ、検出器線路の一部としてトランスポンダと接続され得る。この場合、検出器要素は、具体的には、シャントとして作用する導体ループの形態をとることができる。
(摩耗検出のためのデバイスを除く)軸受に取り付けられるべき構成要素が内部で案内される軸受を取り付ける構成要素が、優先的または排他的に、プラスチック構成要素部材を備える場合、無線電界(radio field)は、平軸受の材料により、わずかしかまたは大きくは減衰しない。したがって、第1の軸受を取り付ける構成要素、すなわち機械システムのためのフレームは、少なくとも1つまたは複数のプラスチック材料のスライド要素および摩耗検出のためのデバイスからなってよい。あるいは、これは、スライド要素の取り付けのための追加の軸受ハウジングを有することもできる。この場合、軸受ハウジングは、同様に、プラスチック材料または導電性が低い材料から作られることが好ましい。
全く逆に、内側の構成要素は一般的に電磁場に干渉作用を及ぼさないので、例えばシャフト、レール、継手ヘッドなど、平軸受に加えて完成した平軸受装置に必要とされる第2の構成要素は、金属製であってはならない理由はない。
完成した平軸受装置は、ピボット軸受、リニアガイド、アキシアル・ラジアル軸受(axial−radial bearing)または球面平軸受(spherical plain bearing)のように具現化された平軸受を有することがきる。この平軸受は、第2の構成要素を、1つまたは複数の対応する自由度で取り付ける。プラスチック材料のスライド要素は別として、平軸受装置の明確なタイプは問題にならない。
スライド要素自体とともに、本発明は、さらに、さらなる一独立態様による、電気工学的な摩耗検出のためのシステムに関する。システムは、少なくとも1つのトランスポンダを含む平軸受を備える。少なくとも1つのトランスポンダの挙動は、所定の摩耗程度に達した場合に変わる。システムは、さらに、トランスポンダの挙動をワイヤレス監視するためのトランスポンダとワイヤレスで協働するリーダを備える。システムは、過度の摩耗を自動的に伝えることに加えて、さらに、役立つ機能である、例えば、
− 軸受装置を必要とする機械、設備などを止める緊急トリッピング機能(emergency tripping)、ならびに、
− メンテナンス警告システムへのデータ・インターフェース、および/または、例えば代替平軸受の部分的または完全に自動化された発注のための在庫管理システムへのデータ・インターフェース
を有することができる。
さらなる一独立態様によれば、本発明は、さらに、平軸受の摩耗の非接触検出のための方法に関する。この場合、それは、具体的には、監視されるべき摩耗を引き起こす、平軸受の意図された固体摩擦により引き起こされるスライド面の劣化である。方法は、本発明のために、平軸受上に配置されたトランスポンダの挙動が所定の摩耗程度に達したときに変わることを特徴とする。この変化は、例えばメンテナンス警告および/または緊急停止などのトリガリングを目的として、リーダまたはトランシーバによってワイヤレスで検出される。
本発明のさらなる特徴は、添付の図面から明らかであり、上述した詳細の本質を制限することなく、図面を基に本発明の好ましい例示的な実施形態が以下に説明される。図面において、同一または同様の要素には、同じ参照符号が付けられている。
本発明による摩耗検出の一例を用いた、回転取り付けのための例示的な平軸受の概略図である。 本発明による摩耗検出の一例を用いた、回転取り付けのための例示的な平軸受の概略図である。 本発明による摩耗検出の一例を用いた、回転取り付けのための例示的な平軸受の概略図である。 本発明による摩耗検出の一例を用いた、回転取り付けのための例示的な平軸受の概略図である。 本発明による摩耗検出の一例を用いた、回転取り付けのための例示的な平軸受の概略図である。 本発明による摩耗検出の一例を用いた、リニアガイドのための平軸受の概略的な部分拡大図である。 本発明による摩耗検出の他の例を用いた、図2による平軸受の部分拡大図である。 本発明による摩耗検出のさらなる一例を用いた、平軸受の概略的な部分拡大図である。 本発明による摩耗検出の第4の例により実現される、スライド要素の一例としてのフランジを含む平軸受ブシュの、概略的な長手方向断面図である。 摩耗の影響を受けやすい領域における所定の劣化のワイヤレス検出のための例示的なRFID無線回路の概略的な回路図である。 摩耗の影響を受けやすい領域における所定の劣化のワイヤレス検出のための例示的なRFID無線回路の概略的な回路図である。 摩耗の影響を受けやすい領域における所定の劣化のワイヤレス検出のための例示的なRFID無線回路の概略的な回路図である。 所定の劣化のワイヤレス取得のためのLC発振回路の形態の特に単純なパッシブ型RF無線回路の概略的な回路図である。 新品のときは動作し、第1の摩耗限度を越えると動作せず、第2の摩耗限度を越えると再び動作する、さらなる無線回路の概略的な回路図である。 UHFダイポール・アンテナおよびその断線装置(disconnecting device)を含むRFID無線回路の概略的な回路図である。 アンテナのパラメータを変化させる検出器要素を含むUHFダイポール・アンテナを含むRFID無線回路の概略的な回路図である。 UHFダイポール・アンテナと検出器回路とを含むRFID無線回路の概略的な回路図である。 機能検査を可能にするRFID無線回路のさらなる例示的な実施形態の概略的な回路図である。 機能検査を可能にするRFID無線回路のさらなる例示的な実施形態の概略的な回路図である。 機能検査を可能にするRFID無線回路のさらなる例示的な実施形態の概略的な回路図である。 本発明による摩耗検出のさらなる一例としての、アキシアル・ラジアル平軸受の断面図である。 本発明による摩耗検出のさらなる一例としての、アキシアル・ラジアルのためのスライド要素の部分拡大図である。
図1A〜1Eは、一例として、第1の構成要素3を含むラジアル軸受またはピボット軸受として具現化された平軸受2を示している。第1の構成要素3は、実質的に、円筒形ブシュの形態のプラスチック材料のスライド要素4からなる。第2の構成要素5は、ここでは回転部材として示されており(概略的にしか示されていない)、例えば、この場合、軸方向延在シャフトである。第1の構成要素3は、第2の構成要素5を、例えば本明細書ではスライド要素4の円筒形内側スライド面6の軸によって画定される所定の回転軸A周りに、所定の自由度で回転可能に案内する。図1A〜1Eによる構造は、軸Aに沿ったリニアガイドとして、または軸Aに沿った並進運動と軸A周りの回転のための回転ガイドとして使用することができる。
スライド要素4自体は、例えばDE−51147、ケルン、igus GmbH製の適当なiglidur(登録商標)材料である、既知の摩擦的に最適化された高性能プラスチック材料からなる。平軸受2およびスライド要素4の本明細書において重要ではない構造についての詳細は、当業者にはそれ自体知られており、さらに詳細には説明しない。
本発明によれば、第1の構成要素3は、さらに、危険領域8内に設けられる無線回路10を有する。危険領域8は、本明細書では、スライド面6から始まって摩耗が増加する方向に延びる、スライド要素4の肉厚の最初の部分であり、例えば肉厚の径方向の最初の25%である。図1A〜1Eにおいて、無線回路10は、特にこの目的のために設けられる、スライド要素4の内部くぼみ7内に配置される。無線回路10は、図1A〜1Eでは、例えば、RFIDタグが付いた二次元粘着ラベルの形態で具現化される。図1A〜1Dでは、無線回路10は、くぼみ7内に全体が収容され、くぼみ7の長手側または底部に締結される。
くぼみ7は、スライド面6に開口しており、例えば、肉厚の約20%まで延在しており、その底部はスライド面6と同軸に円筒形に延在している。無線回路10が締結される場所、すなわちスライド要素4におけるくぼみ7の位置は、くぼみ7が、顕著な負荷がかかると考えられる第1の構成要素3の円筒セグメント(cylinder segment)9内にあるように、すなわち、動作中、例えば図1Bで見られるように負荷がかけられた円筒セグメント9における最小間隙により、例えば第1の構成要素5の上方に作用する負荷によって、最大の摩擦力が発生する場所にあるように、空間的に選択される。
無線回路10は、くぼみ7の、スライド面6からある距離にある底部に締結され、したがって、スライド面6から軸Aに対して径方向に(概ね、二次元無線回路10の厚さを引いたくぼみ7の深さによる)距離を置いて位置する。くぼみ7の深さによって調節可能なこの距離は、決定されるべき摩耗限度Wに相当し、したがって、やはりまたスライド面6の摩損に関する劣化程度を指定するものであり、また、この距離のところで、劣化により径方向に離間して配置された無線回路10が壊れるすなわち動作しなくなる。換言すると、ひとたび劣化が摩耗限度Wを認識可能なほど越えると、無線回路10は、機械的に減衰するまたは壊れ、例えば、新品で無傷なときの通常の無線挙動をもはや提供しなくなる。そして、無線回路10は、例えば、RFIDタグ識別子を正しく返信することがそれ以上できなくなる。くぼみ7の径方向深さは、>Wであり、スライド要素4が、摩耗がこの深さに達するまで機能し続けるように選択される。これは、スライド要素4または平軸受2全体が交換できるまでのさらなる動作についての安全マージンを提供する。
摩耗の危険度をワイヤレスで検出するために、選択された無線回路10に適したトランシーバ、本明細書では例えばRFIDリーダ12が、図1Eにより詳細に示されるように提供される。平軸受2は、無線信号により無線回路10をアドレスしその応答挙動を監視するリーダ12の送信/受信範囲内に位置する。平軸受2における非接触摩耗検出のためのシステムがこうして達成され得る。各平軸受2は、無線回路10の一部として少なくとも1つのトランスポンダを有し、その無線挙動は、所定の摩耗程度に達したとき、本明細書では例えば摩耗限度Wが認識可能なほど越えられたときに変化する。この変化は、単純な一実施形態では、単に、応答信号の欠如からなる。応答信号およびその欠如は、リーダ12によって検出される。
リーダ12は、原理上は、無線回路10とワイヤレスで協働し、無線回路10の挙動具合を監視する。リーダ12は、こうして、例えば、平軸受2の実際の適用に必要な事項に応じて、メンテナンス警告または緊急停止をトリガすることができる。
図2における平軸受は、単に、リニアガイド・システムまたはフラット・ガイドを示しているという点だけが、図1A〜1Eによる平軸受と異なる。したがって、プラスチック・スライド要素4の、第2の構成要素5を案内するスライド面6は、平面として具現化されている。くぼみ7は、やはりここでも、スライド要素4の摩擦誘起による劣化が摩耗限度Wに達したときまたはそれを越えたときにその無線挙動が変化する無線回路10を収容する、危険領域8内またはその周りに設けられる。
同様に、図3による平軸受は、一例として、リニアガイド・システムまたはフラット・ガイドとして具現化されている。しかしながら、この例示的な実施形態の原理は、図1A〜1Eによるタイプの軸受に準用可能である。図3のプラスチック・スライド要素4の、第2の構成要素5に対するスライド面6には、くぼみがない。その代わりに、導体部分が、検出器要素26として、危険領域8内の摩耗限度Wのレベルに設けられている。これは、例えば、プラスチック・スライド要素4の製造、具体的には射出成形プロセスの間に、U字形検出器線路24に成形することによって行われ得る。検出器要素26は、ここでは、実際の無線回路10から空間的に離れており、検出器線路24を介して無線回路10と電気的に接続されている。無線回路10は、スライド要素4の、第2の構成要素5またはスライド面から離間した側の外に配置される。この実施形態は、特に、スライド面6が減衰しない場合、および/またはより大きな寸法の無線回路10もしくはより小さなスライド要素の場合に適している。この場合でも、無線回路10はRFIDタグとして埋め込むことができる。
図4は、線形運動のためのガイドの一代替例を示す。ここでは、第2の構成要素5を第1の構成要素(図示せず)に取り付ける平軸受において働く、ブロック形スライド要素4が提供される。スライド要素4は、螺旋状に巻かれたホイルのための、例えば円筒ホールである、レセプタクルを有する。無線回路10は、例えば可撓性RFIDタグとして、巻かれたホイルに取り付けられる。したがって、狭い空間状態下、例えば無線回路10に必要な寸法よりもスライド要素4が小さな場合でも、そのような無線回路を設けることができる。この場合、レセプタクルは、過度の摩耗により無線回路10付きのホイルが露出され無線回路10がさらなる摩耗を直接受けるように、スライド要素4内に配置される。摩耗限度Wを越えると、無線回路10は作動しなくなる。
次に図5に移ると、摩擦的プラスチック材料、例えばigus GmbHからのタイプiglidur(登録商標)G、W300、J、Xまたはiglidur M250のプラスチック材料の、ピボット軸受、すなわち平軸受ブシュのためのスライド要素4のさらなる好ましい例示的な一実施形態が示されている。軸受ハウジングおよび第2の構成要素はここでは示されない。
スライド要素4のスライド面6は、同様に、図5における回転軸A周りにおいて円筒形であり、摩耗限度Wが位置する危険領域8を含む。図3のように、無線回路10は、ここでは、平軸受ブシュ4の外周に取り付けられ、したがって、例えばRFIDタグである可撓性粘着ラベルとして具現化されることが好ましい。アンテナ22は、特に比較的小さな直径の平軸受ブシュの場合に空間が短い場合、図5に概略的に示されるように、軸受ブシュのフランジの後方ディスク面に別個に配置される誘導コイル22の形態でもたらされ得る。図5は、さらに、導体ループの一部、例えばシャントとして分かれた検出器要素26を提供する。導体ループの屈曲点は、検出器要素26を形成し、厳密に、スライド面6から径方向に所定の摩耗限度Wの距離のところに位置する。検出器要素26を含む導体は、選択的な改良のため、ホール内に後で取り付けられてもよい。検出器要素26を含む導体は、例えば射出成形プロセスである、平軸受ブシュ4の製造時点で組み込まれてもよい。後者の場合のみ、非接触監視が望まれる場合に必要に応じて、無線回路10のトランスポンダとの電気接続が平軸受ブシュ4の製造後に行われる。
図1A〜1E、図2および図4による例示的な実施形態では、無線回路10自体が、それぞれ、プラスチック・スライド要素4の危険領域8内の摩耗限度Wのレベルに直接配置される。その一方、図3および図5では、検出器要素だけが摩耗限度Wのところに別個に設けられる。摩耗限度Wの位置は、例えば検査室における耐久検査によって、またはモデリングによって、実験的に決定される。
図15A〜15Bは、さらなる一適用例として、例えばアルミニウムである金属または繊維強化プラスチック材料の、第1の軌道輪2011と第2の軌道輪2012とを含む、アキシアル・ラジアル平軸受2010を示している。アキシアル・ラジアル平軸受2010の構造および動作モードの既知の態様は、本明細書によって参照される国際公開第2014/154800A1号パンフレットに記載されている。図15A〜15Bは、軌道輪2011と軌道輪2012との間において、第2の軌道輪2012にあるレセプタクル領域内に配置される摩擦ポリマー(tribopolymer)のスライド要素2004を示している。複数のスライド要素2004は、いずれも、互いに対向するスライドリングを形成する。スライドリングは、軌道輪2011、2012を軸方向かつ径方向に切り離し、それに対するスライド面を形成する。この目的のため、図15Aによる断面において、スライド要素2004は、軸方向領域2021と概ね垂直の径方向領域2022とをそれぞれ含む、概ねL字形の断面を有する。
図15Bは、スライド要素2004をより詳細に示している。スライド要素2004は、第一に、摩擦ポリマーのレセプタクル7’が例えば射出成形プロセスである製造中に予め形成されるという点で、既知の構成とは異なっている。レセプタクル7’は、やはりまた、上述の例におけるように、(例えば軌道輪2011に関する)摩耗を受けやすく最初に外に向けて開いている、経験から分かる位置に設けられる。図15Bのスライド要素2004は、さらに、本発明により、以下にさらに記載されるような、レセプタクル7’の底部に配置される無線回路10により特徴付けられる。摩耗限度Wは、典型的には、0.1mmのオーダー、すなわち概ね0.3〜0.9mm、具体的には概ね0.5〜0.7mmの範囲内である。摩耗限度Wは、一方ではレセプタクル7’の深さにより、他方では無線回路10の構造的な高さまたは厚さによって決定される。
スライド面の方に向かって開いている、すなわち無線回路10前方にある、くぼみ7の開口は、プラスチック封止組成物で閉じられることが好ましい。この目的のため、例えば図15Bによれば、スライド要素2004の摩擦ポリマー・プラスチック材料よりも耐摩耗性が低い異なるプラスチック材料を導入することができ、すなわち、無線回路10は、スライド要素に接合されて埋め込まれ、同時にこのように封入される。スライド要素4または2004のプラスチック材料内への無線回路10、少なくとも検出器要素26の接合埋め込みは、例えば、スライド要素の射出成形製造中に、スライド要素4もしくは2004のまたは検出器要素26の射出成形または鋳造による封入によって、後で成形または封入合成物を充填することによって、あるいは、例えば3D印刷などの付加的な方法によって行ってもよい。埋め込みによる配置は、恒久的に、無線回路10または検出器要素26の位置を固定し、外部からの影響から無線回路10を保護する。
無線回路10を使用したワイヤレスでの摩耗検出の原理は、例えばスライドする平軸受2(図1)の場合のような、平軸受2の動作中の摩擦誘起による摩損による摩耗または劣化の検出に適用することができる。この原理は、亀裂または疲労破壊の検出に同じく適用可能である。あらゆるタイプの摩耗が、経年による材料疲労の間、または実際には不適切な負荷による想定される耐用寿命が終わる前に、起こる可能性がある。
摩耗を検出するために、無線回路10が、例えばRFIDリーダ12であるトランシーバと協働して、機械的負荷の結果として送信挙動が変化するようにもたらされる。変化は、関連のスライド要素4が危険な劣化レベルに達したときにだけ起こることが意図される。対応する摩耗程度は、好ましくは、例えば平軸受2が完全に作動しなくなる前に危険な状態が伝えられるように、位置決めにより選択される。
図6〜8は、具体的には図3または図5による適用例についての無線回路610、710、810の可能な例示的な実施形態を示しており、そのうち、構造および動作だけを以下において討論する。この原理は、図1〜2または図4にも適用可能である。
無線回路610、710、810は、ISM帯のUFH周波数域におけるワイヤレス通信のためのパッシブ型RFIDトランスポンダとして具現化されている。可能な限り安価での製造を維持するために、図6〜8によるRFIDトランスポンダ20および20A〜20Bは、適当なRFIDアンテナ22付きの、共鳴体シンボル(resonator symbol)を使用した、ここでは概略的に示される従来から市販のRFIDマイクロチップ21をそれぞれ含む。
RFIDマイクロチップ21は、識別情報を含むメモリを有し、いずれの場合も、RFIDリーダ12の送信電力によってRFIDアンテナ22を介して給電される。したがって、図6〜8によるRFIDトランスポンダ20および20A〜20Bはそれぞれパッシブ型であり、それら自体の別の電力源を持たない。
図6において、RFIDマイクロチップ21の端子は、ジャンパー(jumper)されているか、「短絡されている」か、または検出器線路24を介してRFIDアンテナ22に不整合にされている。検出器線路24の線路部分26は、摩耗限度Wを越えたときすなわち検出器線路24が遮断されたときに検出器要素26として破断するように、危険領域8内に導体ループのように案内されている。したがって、RFIDアンテナ22によるRFIDマイクロチップ21の適切な給電は、危険な摩耗限度Wが越えられたときだけ可能になる。換言すると、無線回路610のRFIDトランスポンダ20は、検出されるべき摩耗限度Wが達成または越えられると送信準備が整う。したがって、例えば、インピーダンスの整合、または意図的な不整合のキャンセルを引き起こすには、遮断だけで十分となり得る。誘導誘起によるダメージを防ぐために、検出器線路24は、低い抵抗のシャント抵抗器28を備えることができる。実際のRFIDトランスポンダ20および検出器線路24は、その構成要素部材とともに、同じキャリア23、例えば破断しやすい粘着ラベルに検出モジュールとして締結され得るか、または例えば脆く壊れやすい材料に成型され得る。
図7は、図6による原理のさらなる発展形態であり、2つのRFIDトランスポンダ20、20Aを含む。トランスポンダ20Aの動作原理は、トランスポンダ20の逆である。トランスポンダ20Aの場合、検出器線路24にある検出器要素26が破断されると、RFIDマイクロチップ21の給電は有効にされず、むしろ遮断される。一方、RFIDトランスポンダ20は、図6のトランスポンダ20と同一構造である。
図7による組合せは、第1のRFIDトランスポンダ20Aからの適切な信号の受信および第2のRFIDトランスポンダ20からの信号の欠如の場合に過度の摩耗のない動作状態が想定され得るという点で、より優れた検出信頼性の達成を可能にする。しかしながら、逆に、第2のRFIDトランスポンダ20からの信号の発生および第1のRFIDトランスポンダ20Aからの信号の欠如により、危険領域8における摩耗限度Wが越えられたことが、比較的高い信頼性で伝えられる。これは、摩耗に応答して遮断される検出器要素26として作用する2つの独立した線路部分によって行われる。ここでも、RFIDトランスポンダ20A、20をペアリングし、これらを影響を受けるプラスチック・スライド要素に関連付けるための識別情報は、例えばリーダ12に記憶されている。
示されない図7の一変形形態では、経時的な摩耗の進行に関する追加の情報を得るためおよび/または監視目的で、図3におけるように、一方のトランスポンダ20Aの検出器要素26が、他方のトランスポンダ20の検出器要素26に比べて、摩耗限度Wに対して、段状にされるまたは空間的にオフセットされ得る。
図8は、2つのRFIDトランスポンダ20、20Bがあるさらなる例示的な一実施形態を示しており、一方のトランスポンダ20Bは、恒久的な見本としての単なる監視目的で提供され、その送信挙動は、摩耗または劣化に応じて修正されることがない。他方のRFIDトランスポンダ20は、図6〜7によるトランスポンダ20と同一または原理的に同じである。示されない図8の一変形形態では、トランスポンダ20Bは、図3におけるように、例えば緊急停止のためのさらなる第2の摩耗限度が検出され得るような、危険領域8内の所定の破断ポイントのようにアンテナの一部とともに配置され得る。
トランスポンダの無線に基づく取得についての適当なシステムおよび方法は、専門の文献および関連の標準規格(例えばISO18000−1またはIEC18000−6Cなど)から、当業者には既知であり、したがって、より詳細には説明しない。
図9は、RFトランスポンダ120の形態の、特に単純な無線回路を示しており、商品セキュリティ(EAS:電子式商品監視)で知られているLC発振回路を、検出器要素26として働く、危険領域8内でループを形成する検出器線路24によって修飾されている。動作状態において、RF誘導アンテナ122およびRFキャパシタ125からなる発振回路は、外部のHF電磁場から送信エネルギーを取り出す。HF場は、典型的には約8.2MHzである発振回路の共鳴周波数に整合され、こうしてRFトランスポンダ120が検出され得る。RFトランスポンダ120の挙動を変えるために、検出器要素26は、劣化が摩耗限度Wを越えると、RF誘導アンテナ122とRFキャパシタ125との間の接続を遮断する。それによって、発振回路が作用しなくなり、RFトランスポンダ120は、それ以上共鳴周波数で検出できなくなる。可能なキャリア23は、具体的には、検出器要素26を形成する導体ループについての基板のような、破断を受けやすい危険領域8を含む粘着ラベルの特別バージョンである。RFトランスポンダ120の他の特徴は、例えば、米国特許第3,810,147号明細書または米国特許第3,500,373号明細書の教示に対応することができる。図9による特に安価な構造は、特に、項目数が非常に多い場合に有利である。
図10は、図6〜図8によるRFID回路のさらなる発展形態を示している。新品のときに動作する図10による無線回路1210は、第1の摩耗限度W1が越えられると動作せず、第2の摩耗限度W2が越えられると再び動作する。無線挙動を変えるために、干渉(interference)キャパシタC2と干渉コイルL2の並列接続を含む導体が検出器線路に接続されている。干渉キャパシタC2と直列の導体ループは、第1の検出器要素1226として作用し、劣化が第1の摩耗限度W1を越えた場合、干渉キャパシタC2を切り離す。摩耗限度W2における摩損によって壊れる干渉コイル自体は、第2の検出器要素1227として作用する。
検出器線路24におけるL2とC2の並列接続は、最初に、C2の低いインピーダンスによりわずかだけ共鳴発振回路を減衰させる。したがって、減衰されていない新品状態では、RFIDトランスポンダ1220は実質的に動作し、共鳴周波数でRFIDチップの給電のために電力を吸収する。干渉キャパシタC2の並列接続の絶縁後は、干渉コイルL2だけが作用し続ける。そのインピーダンスは、共鳴発振回路が共鳴キャパシタC1および共鳴コイル(アンテナ)L1に対して離調されリーダの周波数域内で共鳴的にそれ以上応答しないように選択される(図1)。こうして、RFIDトランスポンダ1220は、リーダに関して機能しない。以下の、(a)C2<<C1、および(b)L2<<L1*(C1/C2)は、インピーダンスの値に適用される。劣化が第2の摩耗限度W2に達した場合、干渉コイルL2は作用しなくなり、したがって振動吸収器の離調が再びキャンセルされる。RFIDトランスポンダ1220は、こうして再び適切に動作するようになる。
図3または図10におけるような多段千鳥状の検出器配置は、システムが、始めの段階でリーダ12を介した機能検査を可能にし、特に、そこにあるすべての無線回路1210から識別情報を自動的に受信するという点において完全に自動的に構成され得る、という利点を有する。先に検出された識別情報の返信がその後の動作の間に失敗しても、対応するスライド要素4で摩耗限度が越えたことを推断することができる。
図10は、無線回路1210の逓倍なしに、所与の時間間隔後に問題の識別情報が再び検出された場合に、きわめて危険な摩耗を確実に推定することができる、というさらなる利点を有する。摩耗した導体装置がまだ新しくされていないまたは修理されていないので、緊急停止がトリガされることが好ましい。
図11〜図13は、例えばISO18000−6Cへの、UFH周波数域用のダイポール・アンテナを含むRFID−ICsのための無線回路1310、1410、1510のさらなる例示的な実施形態を示している。これらは、とりわけ、LFまたはRF無線回路(例えば図6〜8、または図9による)よりも高域を提供し、さらに、パッシブ型検出モジュールとして有利に製造され得る。動作モードおよび導体装置における配置は、例えば、上述した例のうちの1つに対応する。
図11による無線回路1310では、ダイポール・アンテナ1322は、例えばASICである特定のIC1330(集積回路)を介して、切り替えリレーのようにRFID回路1321から電気的に絶縁され得るか、またはそれらと接続され得るように、切り替えられ得る。この目的のため、IC1330は、検出器要素1326として使用される導体ループが切断されたときにダイポール・アンテナ1322の2つのノードを接続するトランジスタ配置を有する。検出器要素1326は、リレーのようなトランジスタ配置を制御するIC1330の端子と接続されている。RFID回路1321は、IC1330の集積構成要素として具現化され得る。無線回路1310は、アクティブ、すなわち電源に接続されていてもよく、または任意で、無線送信電力からダイポール・アンテナ1322を介してパッシブに給電されてもよい。
図12において、ダイポール・アンテナ1422は、検出器要素26として使用される導体ループとともにジャンパーされている。このように、ダイポール・アンテナ1422の電力パラメータは多少影響を受け、それによって摩耗による検出器要素26の分離が適当なリーダ(図1または図4参照)を使用して検出され得る。UHF周波数域において、「短絡」は、すべての状態下で、(図6による誘導アンテナの場合とは異なり)必ずしも無線信号の損失を引き起こすわけではなく、むしろダイポール・アンテナ1422を含むRFIDチップ1421により引き起こされる無線挙動の検出可能パラメータ変化を引き起こす。図12による無線回路1410は、純粋なパッシブ型システムとして適している。
図13による無線回路1510では、ダイポール・アンテナ1522は、同じく、RFIDチップ1521に接続されている。電圧供給装置1542を含むアクティブ型検出器回路1540は、ここでは、やはりまた検出器要素26として、摩耗危険領域における配置のための、摩耗による絶縁可能な導体ループを含む。検出器要素26が絶縁されると、pnpトランジスタ1544がオープンに切り替わり、それによってLED1546が発光し、オプトカプラのようにNPNフォト・トランジスタ1550が切り替わり、それによってダイポール・アンテナ1522が低い抵抗でRFIDチップ1521の端子に接続される。従来のオプトカプラは、この目的のために使用可能である。検出器要素26における遮断の場合、検出器回路1540は、こうして、ダイポール・アンテナ1522とRFIDチップ1521の接続を可能にする、すなわちRFIDチップ1521を動作準備ができた状態に切り替える。無線回路1510は、電圧供給装置1542がRFIDチップ1521に給電することもできる、アクティブ型システムとして適当である。(図示せず)。
図14A〜14Cは、無線回路1610、1710、1810の3つのさらなる例示的な実施形態を示しており、具体的には、例示的な各実施形態において、いずれのトランスポンダも、いずれも単一の共通アンテナ1622、1722、1822と接続されている2つのRFIDチップ1621A、1621Bを有するという点で上述した例とは異なっている。
まず、無線回路1610、1710、1810において、新品のときおよび例えば摩耗限度Wが越えられるときである危険摩耗レベルに達するまで、第1のRFIDチップ1621Aだけが送受信準備が整う。例えば摩耗限度Wを越えた機械的な摩損により、検出器要素1626が過度の摩耗によって絶縁または除去されたときだけ、第2のRFIDチップ1621Bも事実上送受信準備が整う。しかしながら、RFIDチップ1621A、1621Bの識別子または識別情報は、互いに異なる。したがって、第1のRFIDチップ1621Aが、まず、例えば摩耗検出が提供されているかおよび/または動作しているかどうかについて、無線回路1610、1710、1810の機能検査を可能にする。この監視は、第1のRFIDチップ1621Aの予め分かっている識別子に基づいて行われる。これは、リーダによって受信され、例えばデータベース内に記憶される。この識別子は、例えば物流目的またはシステム構成の検出など、他の使用に用いることもできる。
第1のRFIDチップ1621Aは、アンテナ1622、1722または1822と導電的(直流的)にまたは誘導的に接続されていてよい。無線回路1610、1710または1810は、具体的には、アンテナ1622、1722または1822が導体トラックとして具現化される、PCBまたはFPCの形態をとることができる。システムの簡素化のため、好ましくは、使用されるRFIDチップ1621A、1621Bは、同様の構造のものであり、好ましくはSMDまたはSMT技術向けの適当な従来から市販されている集積回路(ICs)である。
図14A〜14Cにおいて、第2のRFIDチップ1621Bは、送信線路1623を介して、共通のアンテナ1622、1722または1822とそれぞれ導電接続されている。第2のRFIDチップ1621Bの無線挙動の摩耗誘起変化のために、スタブ1627が送信線路1623に並列に導電接続されている。スタブ1627は、検出器線路として働き、図示の例では、例えば「単一の分岐スタブ・チューナ(shunt stub tuner)」と類似する2本ワイヤ線路として具現化され、危険領域に位置する導体部分(短絡スタブ)により短絡される。危険領域にあるこの導体部分は、図14A〜14Cに示されるように、検出器要素1626を形成する。別法として、スタブ1627は、開放または開回路にされてもよいが(開回路スタブは図示されない)、導体部分は、危険領域内に露出しており、検出器要素1626として働くために、摩耗限度Wを越えた過度の摩耗の場合に絶縁される。図14A〜14Cによる構造は、特に単純であるが、二重スタブ(「二重分岐スタブ・チューナ」と類似)または例えば別個の整合ネットワークも、本発明の範囲内に入る。
検出器要素1626を形成する部分の導体トラック寸法、および過度の摩耗の後に残るスタブ1627の導体トラック部分の導体トラック寸法は、所定の割合に調節される。調節は、一方では、新品のときに十分な不整合、具体的にはインピーダンス不整合が、第2のRFIDチップ1621Bの送受信準備に、第2のRFIDチップ1621Bがリーダと有効にそれ以上通信できないような程度に干渉するように、行われる。具体的には、検出器要素1626を含むスタブ1627は、RFIDチップ1621Bのパッシブな給電および/または送信電力を十分な程度まで減衰させ得る。それに加えて、他方では、割合は、検出器要素1626の絶縁後に、アンテナ1622、1722または1822を第2のRFIDチップ1621Bと接続する送信線路1623の十分な整合、具体的にはインピーダンス整合が存在するように、調節され得る。スタブ1627は、検出器要素1626がない、またはそれに対する導電接続がない状態下では、具体的には、第2のRFIDチップ1621Bの追加の送信線路1623に対して大きな線路整合またはインピーダンス整合を引き起こす。さらなる一パラメータとして、これらの既定値に従って、送信線路1623におけるスタブ1627の接続点の位置自体が調節されてもよい。ここでは、摩耗誘起によるインピーダンス整合の変更は、アンテナ1622、1722、1822と第2のRFIDチップ1621Bとの間の追加の送信線路1623に関して行われる。スタブ1627および検出器要素1626の絶対線路長は、状態が動作波長の半分を実質的に定期的に繰り返すので、所与の範囲にわたって調節可能である。n*λ/2(nは整数)の延長が、実質的に一定の挙動で可能である。
任意の特定の理論に束縛されるものではないが、スタブ1627の接続点における反射は、例えば新品で危険摩耗状態下にあるときの第1のRFIDチップ1621Aの領域(range)または送信電力がわずかしか変化しないように、第1のRFIDチップ1621Aの送信挙動が摩耗誘起状態変化によって極端に減衰しないような、送信線路1623の全長の適当な選択およびスタブ1627に対するその接続点の位置の適当な選択によって、第1のRFIDチップ1621Aに関して調節され得る。上記にもかかわらず、別法として、危険な摩耗の際に、(図7による原理と同様に)第2のRFIDチップ1621Bが、受信送信準備が整い、第1のRFIDチップ1621Aが、事実上作動せず、それによって、同様に、危険ではない状態下での機能検査が可能になるようにすることもできる。
摩耗限度W近くまたは摩耗限度Wの摩耗の場合、第2のRFIDチップ1621Bは、受信送信準備が整う。というのも、検出器要素1626による干渉の欠如または不整合の結果として整合が起こるからである。したがって、リーダは、第2のRFIDチップ1621Bの識別子を受信することができ、それによって危険な摩耗があるという結論が導かれる。第2のRFIDチップ1621Bの予め分かっている識別子は、やはりまた、この目的のため、例えばデータベースに記憶され得る。
検出器要素1626は、RFIDチップ1621A、1621Bおよび共通のアンテナ、それぞれ1610、1710または1810から空間的に離れた領域内、例えばアンテナ、それぞれ1610、1710または1810の反対のPCBまたはFCBの端部、および任意で後方に配置される。
図14A〜14Cによる例示的な実施形態は、例えばUHFの、具体的には、例えば(デシメートル範囲の波長での)基本周波数が865MHzから955MHz、または2.4GHzのUHF帯RFIDの高周波数域のトランスポンダまたはRFIDチップ1621A、1621Bに特に適している。検出原理としての、基本周波数との線路整合の摩耗誘起変化の原理は、図6〜13による例示的な実施形態と類似している。適当に選択された長さの開回路または短絡スタブの場合、無限に実質上ゼロの誘導性リアクタンスまたは容量性リアクタンスが、原理上、調節可能である。検出器要素1626およびスタブ1627の導体トラック寸法の寸法設定、ならびに接続点の決定は、例えば、スミス図を用いてそれ自体既知のやり方で行うことができる。
図14A〜14Cによる無線回路1610、1710、1810は、使用されるアンテナのタイプがそれぞれ異なる。図14Aの無線回路1610は、ループ・ダイポール・アンテナ1622を有し、その一方で、図14Bの無線回路1710は、ダイポール・アンテナ1722を有する。後者は、スペースを節約した構造を提案する。図14Cの無線回路1810は、任意のより大きな範囲のためのアンテナコイル1822を有する。アンテナ1622、1722、1822はそれぞれ、選択された基本周波数または選択されたRFIDチップ1621A、1621Bに適するような寸法にされる。
最後に、ICおよびデータメモリを含むRFIDトランスポンダは、1ビット・トランスポンダ(図9参照)とは異なり、とりわけ、比較的複雑なシステムで影響を受けている平軸受2の決定、摩耗したプラスチック・スライド要素4のより正確な位置決定、および、例えばより確実な検出のために、例えば1つのRFIDチップ(図示せず)上での複数の検出器要素の使用を可能にする、よりスマートなシステムを可能にすることに留意されたい。例えば図7または図14A〜14Cによる機能検査は、一意的に関連付け可能な識別情報によって可能にされる。
図1A〜1E
2 平軸受
3 第1の構成要素
4 プラスチック・スライド要素
5 第2の構成要素
6 スライド面
7 くぼみ
8 危険領域
9 負荷がかかるセグメント
10 無線回路
12 RFIDリーダ
A 軸
W 摩耗限度
図2
4 プラスチック・スライド要素
5 第2の構成要素
6 スライド面
7 くぼみ
8 危険領域
10 無線回路
W 摩耗限度
図3
4 プラスチック・スライド要素
5 第2の構成要素
6 スライド面
7 くぼみ
8 危険領域
10 無線回路
24 検出器線路
26 検出器要素
W 摩耗限度
図4
3 第1の構成要素
4 プラスチック・スライド要素
10 無線回路
W 摩耗限度
図5
4 プラスチック・スライド要素
6 スライド面
8 危険領域
10 無線回路
22 アンテナ
26 検出器要素
W 摩耗限度
A 軸
図6〜8
8 危険領域
20、20A、20B RFIDトランスポンダ
21 RFIDマイクロチップ
22 RFIDアンテナ
23 キャリア
24 検出器線路
26 検出器要素
28 シャント抵抗器
610、710、810 無線回路
W 摩耗限度
図9
8 危険領域
24 検出器線路
26 検出器要素
120 RFトランスポンダ
122 RF誘導アンテナ
125 RFキャパシタ
23 キャリア
W 摩耗限度
図10
24 検出器線路
1210 無線回路
1221 RFIDチップ
1226、1227 検出器要素
1220 RFIDトランスポンダ
C1 共鳴キャパシタ
L1 共鳴コイル(アンテナ)
C2 干渉キャパシタ
L2 干渉コイル
W1、W2 摩耗限度
図11
26 検出器要素
1310 無線回路
1321 RFIDチップ
1320 RFIDトランスポンダ
1322 ダイポール・アンテナ
1330 IC
図12
26 検出器要素
1410 無線回路
1421 RFIDチップ
1422 ダイポール・アンテナ
図13
26 検出器要素
1510 無線回路
1521 RFIDチップ
1522 ダイポール・アンテナ
1540 検出器回路
1542 電圧供給装置
1544 トランジスタ(PNP)
1546 LED
1550 フォト・トランジスタ(NPN)
図14A〜14C
1610、1710、1810 無線回路
1621A RFIDチップ
1621B RFIDチップ
1622、1722、1822 アンテナ
1623 送信線路
1626 検出器要素
1627 スタブ
図15A〜15B
7’ レセプタクル
10 無線回路
14 プラスチック封止組成物
2004 摩擦ポリマー・スライド要素
2010 アキシアル・ラジアル平軸受
2011、2012 軌道輪
2021 軸方向領域
2022 径方向領域
W 摩耗限度

Claims (16)

  1. 第1の構成要素(3)に対する第2の構成要素(5)の移動案内のためのスライド面(6)を有する、プラスチック材料からなる少なくとも1つのスライド要素(4)を含む前記第1の構成要素(3)を備える、無潤滑軸受装置のための平軸受(2)であって、
    前記第1の構成要素(3)が、プラスチック材料からなる少なくとも1つの前記スライド要素(4)の前記スライド面の危険領域(8)における摩耗を検出するためのデバイスを有し、無線回路(10)と、前記無線回路と協働し、前記スライド要素(4)上に配置された検出器要素(26)とを含み、
    前記検出器要素が、摩耗誘起変化をワイヤレスで検出可能なように、前記危険領域における所定の摩耗度において前記無線回路の挙動を変化させ、
    前記検出要素(26)が、前記プラスチック材料からなる前記スライド要素に予め作られたレセプタクルまたはくぼみの中で前記無線回路(10)から空間的に離れて配置され、
    前記検出要素(26)が、選択的な改良のためまたは必要に応じて後で接続するために、検出器線路(24)を介して前記無線回路(10)と電気的に接続され、
    前記第1の要素に設けられた前記無線回路(10)が、前記スライド面から離れて、前記スライド要素(10)の危険領域の外に設けられる、平軸受。
  2. 前記スライド要素(4)が、前記スライド面(6)に前記くぼみ(7)を有し、前記くぼみ(7)内に、前記検出器要素(26)が配置されている、または、
    前記スライド要素(4)が、前記スライド面(6)に前記レセプタクル(7’)を有し、前記レセプタクル(7’)内には、前記検出器要素(26)が接合されて埋め込まれている、請求項1に記載の平軸受。
  3. 前記無線回路(10)がパッシブ型またはアクティブ型トランスポンダ(20、20A、20B、120・・・1320)である、請求項1または2に記載の平軸受。
  4. いくつかの前記スライド要素(4)が、前記第1の構成要素(3)に設けられ、複数の前記スライド要素が、いずれも、前記検出器要素(26)を有し、前記検出器要素が、共通の前記無線回路(10)と接続されている、請求項1または2に記載の平軸受。
  5. 前記検出器要素(26)が、前記危険領域(8)内に延在し前記所定の摩耗度に達したときに遮断される前記検出器線路(24)の一線路部分として具現化される、請求項3に記載の平軸受。
  6. 前記トランスポンダが、前記検出器要素(26)により短絡または不整合にされるアンテナ(22、1422)を備え、前記検出器要素が、前記所定の摩耗度に達したときに、前記アンテナの前記短絡を開放するまたは前記不整合をキャンセルする、請求項5に記載の平軸受。
  7. 前記無線回路(10、610、710、810、・・・1510)が、アンテナ(22、122)を備え、前記検出器要素(26)が、前記所定の摩耗程度に達したときに遮断される前記アンテナの一部として具現化される、請求項1から3の一項に記載の平軸受。
  8. 前記無線回路(10、610、710、810、・・・1510)が、識別情報を記憶するマイクロチップ(21、1321、1421)を含むパッシブ型RFIDトランスポンダ(20、20A、20B、1220、1320)として具現化される、請求項1からの一項に記載の平軸受。
  9. 前記検出器要素(26)が、パッシブ型回路構成要素または一導体部分として具現化される、請求項1からの一項に記載の平軸受。
  10. 前記危険領域(8)が、前記所定の摩耗度に達したときに前記検出器要素(26)をトリガする前記スライド要素(4)の定められた所定の破断ポイントを形成している、請求項1からの一項に記載の平軸受。
  11. 摩耗を検出するための前記デバイスを除いた前記第1の構成要素(3)が、優先的にまたは排他的に、プラスチック構成要素部材を備える、
    請求項1から10の一項に記載の平軸受。
  12. 前記第1の構成要素が、少なくとも1つまたは複数の前記スライド要素(4)、任意で、軸受ハウジング、および摩耗を検出するための前記デバイスからなる、請求項11に記載の平軸受。
  13. ャフト、レールまたは継手ヘッドを含む第2の構成要素(5)をさらに備える、請求項1から12いずれか一項に記載の平軸受(2)を備える、平軸受装置。
  14. 前記平軸受(2)が、前記第2の構成要素を1つまたは複数の対応する自由度で取り付ける、ピボット軸受、リニアガイド、アキシアル・ラジアル軸受または球面平軸受として具現化される、請求項13に記載の平軸受装置。
  15. 無潤滑軸受装置のための平軸受の摩擦的プラスチック材料の平軸受ブシュ(4)であって、
    トランスポンダ(20、20A、20B、120・・・1320)と、摩耗を受けやすい前記平軸受ブシュ(4)の危険領域(8)に設けられた検出器要素(26)と、を備え、
    前記検出器要素(26)が、前記危険領域で所定の摩耗度に達したときに、前記トランスポンダ(20、20A、20B、120・・・1320)の挙動を変化させ、
    前記トランスポンダおよび前記検出器要素(26)前記平軸受ブシュ(4)内に埋め込まれ、前記トランスポンダが前記検出器要素とともに自己粘着ラベル上に設けられる、スライド要素。
  16. 前記トランスポンダが、識別情報を記憶するマイクロチップ(21、1321、1421)を含むパッシブ型RFIDトランスポンダ(20、20A、20B、120、1320)であり、アンテナ(22、122)を備え、
    前記検出器要素(26)が、前記所定の摩耗程度に達したときに遮断される前記アンテナの一部として具現化される、請求項15に記載の平軸受ブシュ(4)
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