CN102112762A - 轴承组件以及具有天线的轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承的轴承组件，尤其旋转的或者线性的滚动轴承或滑动轴承的轴承组件，其特征在于配设给轴承组件的主体的块状天线(1)。本发明还涉及一种轴承装置，其包括轴承容纳部和布置在轴承容纳部中的具有轴承组件的轴承，其中块状天线(1)布置在轴承容纳部上，并且其中块状天线与布置在轴承上的其它元件共同作用。所述轴承组件或者说所述轴承装置根据本发明实现了一个目的，即提出一种具有用于借助于电磁辐射进行询问的有利的天线的轴承组件或者说轴承装置。

Description

轴承组件以及具有天线的轴承装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的轴承组件以及一种根据权利要求9所述的轴承装置。

背景技术

对于轴承组件或者说轴承装置来说，从实践中已知，为轴承组件的主体或者说轴承装置的主体配设天线，其中设置天线作为例如发射器或标记的发射和/或接收单元，特别借助于用于表面波(SAW-表面声波)的反射装置作为RFID元件或者说编码器的发射和/或接收单元。

轴承组件的概念在下面称作轴承的部件、尤其旋转的滚动轴承或滑动轴承或者说线性引导装置的轴承环，或者线性的滚动轴承或滑动轴承或者说线性引导装置的轴承环。轴承组件的概念在此也包括引导滚动体的装置的滚动体，尤其也就是用于旋转的滚动轴承或者线性轴承或者线性引导装置的滚动体保持架。轴承组件的概念同样包括设置用于轴承的密封件以及可旋转或者说可移动地支撑地容纳在轴承中的轴。

轴承装置的概念在下面称作包括轴承的装置，必要时包括支承在轴承中的轴以及轴承容纳部，在该轴承容纳部中容纳轴承。该轴承容纳部能够设计成连接结构，在该连接结构中固定地布置轴承。

只要在下面提到轴承、轴承组件或者轴承装置，就理解为在意思上同样是指相应其它没有详细提到的概念。

在实践中证实不利的是，不仅轴承、尤其是其轴承组件，包括支承在轴承中的轴或者容纳轴承的轴承容纳部由金属材料制成，其中该金属材料强烈反射电磁辐射，从而很难对天线作出反应。尤其对于偶极子天线来说会出现这种困难，这种偶极子天线在轴承或者说轴承容纳部的大多数金属环境中仅仅具有很低的传导能力以及射程和带宽。

US 6,501,382B1描述了滚动轴承的作为轴承组件的外环，为该外环配设了RFID元件，其中能够借助于天线响应该RFID元件。该天线尤其构造成磁环线圈天线。

EP 1 736 675 A1常规地描述了一种在线性引导装置的主体上的RFID元件。该RFID元件借助于没有详细描述的天线从外部作出反应并且读出信息。

DE 100 17 572 A1描述了一种在构造成旋转的滚动轴承的外环上的轴承组件的主体上的传感器，其中传感器的天线构造成卷曲的或者曲折的导体尤其带状导体的形式。在这种装置中，轴承部件的主体的直接在天线附近的金属环境变得有干扰。此外，只能麻烦地并且以很小的再造精度制造卷曲或者曲折的导体。

DE 10 2006 029 248 A1常规地描述了一种用于金属载体的主体的开槽天线作为RFID元件的发送和接收单元。

DE 11 2004 002 234 T5描述了一种构造成用于轴承的密封元件的轴承组件，其中该密封元件具有金属的衬垫，该衬垫构造成环形的，然而安置在一个位置上，从而形成环形的偶极子天线，该偶极子天线构造成用于RFID元件的发射和接收单元，该RFID元件同样容纳在密封元件中。这种近似圆环形的天线只具有较差的特性。此外，衬垫的作为机械地支撑密封元件的功能由于圆环中的断开而变差。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有用于借助于电磁辐射进行询问的有利的天线的轴承组件或者轴承装置。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的轴承组件以及根据权利要求9所述的轴承装置实现。

在此，包括金属导电的天线元件的天线结构称作块状天线，该天线元件由非导电的中间层安置在金属导电的载体上。天线元件例如构造成矩形的并且具有其长度大约相当于波长一半的侧面，块状天线校准到该波长上。中间层可以是固定的电介质，然而也可以有空气或者说是真空的。轴承组件的主体的区段能够构造成金属导电的载体，使得轴承组件的金属材料不会干扰天线的功能，而变成天线的组件。

在此，简单地制造天线元件；尤其可以在将轴承组件制造成天线元件时再次使用余料。

作为块状天线能够设置单个的天线元件，作为替代方案，能够将两个或者更多个分别导电的天线元件连接到更大的天线装置上，其中借助于电导线例如借助于带状导线连接两个或者更多个天线元件。在此，将两个相邻的天线元件之间的距离调节到波长上，两个天线元件中的每个天线元件应该对该波长作出响应。

这种不仅具有单个天线元件而且具有至少两个天线元件的连接装置的块状天线能够简单并且小结构地进行构造，并且也刚好在金属的周围环境中作出可靠的响应。

优选在块状天线与轴承组件或者说轴承容纳部的配属关系方面提出，将块状天线固定在轴承组件或者说轴承容纳部的主体上。在此，尤其可以连接主体的材料的大多数金属材料作为块状天线的载体。只要该主体不是由金属导体材料制成的，那么块状天线就具有金属层，该金属层(通过电绝缘的中间层与天线元件分开地)构造载体，使得块状天线作为独立于轴承组件制造的结构单元固定在主体上。

优选在固定在轴承组件或者说轴承容纳部的主体上的块状天线方面提出，在主体的端面上设置凹槽或者开口，在该凹槽或者开口中容纳块状天线。该端面在轴承的安装位置中可以从外面接近，从而能够借助于询问单元对块状天线作出响应。在凹槽中的装置确保了支撑地容纳块状天线，其中可以用填料封闭凹槽，使得所填充的凹槽与邻接的周围环境平齐地封闭。凹槽或者孔能够构造成不通孔或者盲孔，或者构造成穿过主体分段连续的孔。

作为块状天线在轴承组件的主体上的布置的替代方案，在块状天线与轴承组件的配属关系方面优选提出，块状天线与固定在轴承组件之一的主体上的其它元件连接。在此，块状天线可以配属于在其中容纳具有轴承组件的轴承的轴承容纳部或者配属于支承在轴承中的轴，然而其它元件尤其标记或传感器布置在轴承组件上，块状天线与其它元件共同作用，尤其该其它元件的发射和接收单元形成了块状天线。块状天线与其它元件之间的连接例如构造成电连接(如果轴承组件和轴承容纳部不能相对运动，例如当块状天线布置在轴承容纳部上并且其它元件设置在轴承外环上并且轴承外环固定地布置在轴承容纳部中时)。如果块状天线和其它元件相对运动，那么对于块状天线布置在轴承容纳部上并且其它元件布置在关于轴承容纳部可运动的轴承内环上这种情况来说，例如将连接构造成电感或者电容的。

优选可以借助于线性的、尤其借助于圆周形极化的辐射对作为接收单元的块状天线作出应答，从而在很大程度上独立于块状天线的天线元件相对于询问单元的精确定向确保块状天线对询问单元作出应答。如果块状天线包括两个基本上以90°相互错开的边，那么该边就产生两个基本上错开大约90°的放射，使得块状天线也可以设计成发出圆周形极化的辐射的发射单元。

优选块状天线制成与轴承组件的主体分开的部件。在此，存在选择用于天线元件或者说电介质的材料的自由以及-如果轴承组件的主体的材料不应该用作用于块状天线的载体-用于选择载体材料的自由。轴承组件、特别是其轴承已经位于安装位置中的轴承组件尤其可以附加地设有块状天线。部件尤其可以构造成插接模块，该插接模块在很大程度上独立于轴承组件的设计进行构造并且可以简单地固定在轴承组件上。

优选块状天线是多个共同作用的天线的装置的部分。尤其可以将单个天线元件与其它通向块状天线的天线元件进行连接，块状天线分别包括两个部分块状天线作为组成部分。尤其可以将多个块状天线一起连接成更大的天线，从而该更大的天线具有更好的强化和射程以及与单个部分天线一样的方向性。块状天线或由至少两个单个的块状天线组成的装置同样能够与其它结构类型的天线、特别是开槽天线或者偶极子天线共同作用，使得块状天线或者说由至少两个单个的一起连接的块状天线组成的装置布置在轴承组件的主体中的开槽中，特别布置在凹槽中，并且连接作为用于块状天线的开槽天线的凹槽的边框或者说至少两个块状天线的装置。作为替代方案或者补充方案，块状天线能够增强偶极子天线的作用，方法例如是块状天线或者说至少两个块状天线的装置具有方向特性，该方向特性精确地配合偶极子天线的特性。尤其可以通过配属的块状天线增强在金属的周围环境中仅仅具有很小的功率和射程的偶极子天线，其中能够额外地安置块状天线或者说至少两个块状天线的装置。

优选块状天线包括空心导体防护罩。该空心导体防护罩包括带有凹槽的导电表面，其中该凹槽具有带有导电的天线元件的块状天线的作用，其几何形状的尺寸相应于凹槽的形状(巴比内定理)。尤其可以简单地借助于对金属板材的冲压来制造多个在尺寸以及相互布置上进行调整的凹槽，特别是基本上矩形边框的凹槽，并且通过金属的载体层面状地施加到电介质上；金属的载体层尤其可以是没有冲边的其它板材。在此，空心导体防护罩、尤其也就是具有冲边的板材形成了对于其它位于下面的层的保护。

特别优选设置了用于增强偶极子天线的装置，其包括由金属的载体层构成、由电介质制成的第一中间层、具有偶极子天线的板、由第一中间层的电介质或者其它电介质制成的第二中间层以及带有凹槽的由金属板材制成的空心导体防护罩组成的复合物，装置相对于偶极子天线如此定向，从而增强偶极子天线的功率特性。当然也可以替代偶极子天线设置一个或者多个块状天线，尤其是其天线元件来源于空心导体防护罩的板材中的凹槽的块状天线。

附图说明

其它优点和特征由从属权利要求以及对本发明的实施例所作的描述中获得。下面参照附图对本发明进行详细的描述和解释。

图1以截取部分示出了根据本发明的轴承组件的第一实施例的透视图；并且

图2以截取部分示出了根据本发明的轴承组件的第二实施例。

具体实施方式

图1示出了轴承组件的、尤其是滚动轴承的轴承环的详细示出的主体，在该主体的端面中安置了没有详细示出的构造成盲孔或不通孔的凹槽。在该凹槽中容纳了块状天线1。

凹槽的金属的底面构造成块状天线1的导电的载体。块状天线1包括不导电的材料作为中间层2，该材料在这里由氧化铝制成。块状天线1包括天线元件3，该天线元件作为由金制成的薄层安置在中间层2上。

中间层2和天线元件3分别具有矩形的轮廓，其中天线元件3在中间布置在中间层2的表面上。

天线元件3的短边4具有沿x方向的延伸长度，该延伸长度基本上相当于一半的波长，块状天线1校准到该波长上。在天线元件3的平面内，该天线元件沿着垂直于x方向的y方向具有比沿x方向的延伸长度更长的延伸长度。沿y方向的延伸长度对共振频率只有很小的影响，块状天线1校准到该共振频率上，而该延伸长度对块状天线1的发射电阻具有影响，使得沿y方向的延伸长度相对于沿x方向的延伸长度的较大的比例引起块状天线1的很小的发射电阻并且由块状天线1引起的衰减保持得很小。

中间层2的沿着垂直于x方向和y方向的z方向的延伸长度大约为波长的百分之1到2。

块状天线1的天线元件3借助于没有示出的由金属材料制成的带状导体与连接结构电连接，其中连接结构是与构造成RFID元件的其它元件的电连接。由此将块状天线1和RFID元件布置在相同的轴承组件上，特别布置在滚动轴承的轴承环的主体的端侧上的凹槽中，RFID元件的发射和接收单元是块状天线1。在此，带状导体在定义y方向的长边5上接触天线元件3。

块状天线1提供了平行于长边x的线性地极化的放射作为天线特征的输出参量，或者说通过线性地极化的放射对块状天线作出反应，该放射的电场矢量是沿着z方向的，也就是基本上垂直于由天线元件3定义的平面的。

块状天线1构造成平面天线并且借助于印刷电路板蚀刻技术制成。作为独立于轴承组件的部件，其附加地固定在轴承组件的主体中的凹槽中。随后如此填充该凹槽，使得所填充的凹槽与轴承组件的主体的界限的表面平齐地封闭。

当然，长边5也可以校准到波长上；特别可以将天线元件3构造成在俯视图中具有正方形轮廓的薄层，从而将两条边4、5校准到相同的波长上。在此，尤其可以通过圆周形极化的放射对天线元件3作出反应，使得两条边中的至少一条是激活的。

当然还可以将长边5校准到不同于短边4的波长上，使得两条边4、5并且由此天线元件3对两个不同的波长作出反应，波长相应于相互垂直的线性极化的电磁波。

当然也不必一定地在中间层2的表面中设置天线元件3的电连接；该连接例如可以垂直地穿过中间层2并且在中间接触天线元件3。作为电接触的替代方案，例如可以借助于衬垫设置电容的接触，该衬垫在中间层2中基本上在中间布置在天线元件3的下面。

在图2的描述中，相同的或者在其作用方面类似的组件设有相同的附图标记。

图2示出了块状天线1，该块状天线构造成由四个部分天线6组成的装置，其中每个作为天线元件的部分天线本身构造成块状天线。每两个部分天线6借助于非放射的电连接7进行耦合；块状天线1的两个耦合的分支具有共同的非放射的电引线8，该引线通向其它元件，特别是传感器，例如也通向发射单元或者标记或者说信息载体例如RFID芯片或者SAW(表面声波)编码器，作为其发射和接收单元连接了块状天线1。

块状天线1布置在轴承装置的轴承容纳部上，并且其它元件在布置在轴承容纳部中的轴承的轴承组件上、特别在滚动或滑动轴承的外环上与块状天线1隔开地通过引线8与该块状天线连接，其中外环固定地布置在轴承容纳部中。

四个部分天线6中的每个都在俯视图中具有正方形的轮廓，其中部分天线6沿着两个空间方向的延伸长度大约为一半的波长减去中间层2的垂直于部分天线6的平面的延伸长度。每个部分天线6构造得像在图1中示出的块状天线1。四个部分天线6安置在由非导电的介电的材料制成的共同的中间层2上作为导电的薄膜。

两个相邻的部分天线6的间距沿着中间层2的表面的两个方向分别大约为一半的波长加上中间层2的垂直于部分天线6的平面的延伸长度，使得两个相邻的部分天线6的指向相同方向的两条边9、10的延伸长度相当于波长，块状天线1校准到该波长上。由此确保了块状天线1的各个元件的同相位馈给。

因为相邻的部分天线6沿着两个方向的间距是相同的，所以能够借助于圆周形极化的放射简单地对块状天线1作出反应。此外，块状天线1中的四个部分天线6的装置具有与单个部分天线6相比更突出的方向特性以及改善的射程。相对于单个的部分天线6改善了块状天线1的天线收益。此外，所示的装置提供了沿着导线7、8方向极化的放射特性。

在两个前面所述的实施例中，分别存在通向其它元件的导电连接8，作为其发射或接收装置设置了块状天线1。当然也可以设置电容或电感的连接，尤其当块状天线1和其它元件布置在轴承或者说轴承装置的可相对运动的部件上时。

在前面所述的实施例中，天线元件3或者说6由薄的导电层构成，该导电层由非导电体包围，尤其由中间层2的电介质的表面包围。当然，天线元件也可以构造成电介质，该电介质由导电的层界限；具有第二实施例中部分天线6的尺寸的正方形凹槽用在作为天线元件的金属导电层中尤其用在空心导体防护罩的板材中。

附图标记列表

1    块状天线

2    中间层

3    线元件

4    短边

5    长边

6    部分天线

7    连接

8    引线

9    边

10   边

Claims (9)

1.一种轴承的轴承组件，尤其是旋转的或者线性的滚动轴承或滑动轴承的轴承组件，其特征在于配设给所述轴承组件的主体的块状天线(1)。

2.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，将所述块状天线(1)固定在所述轴承组件的主体上。

3.根据权利要求2所述的轴承组件，其特征在于，在所述主体的端面上设置凹槽或孔，所述块状天线容纳在所述凹槽或孔中。

4.根据权利要求1所述的轴承组件，其特征在于，所述块状天线与固定在所述轴承组件之一的主体上的其它元件连接。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述块状天线(1)能借助于线性、尤其是圆周形极化的辐射来应答。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述块状天线(1)制成与所述轴承组件的主体分开的部件。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述块状天线(1)是多个共同作用的部分天线(6)的装置的部分。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的轴承组件，其特征在于，所述块状天线(1)包括空心导体防护罩。

9.一种轴承装置，包括轴承容纳部和布置在所述轴承容纳部中的具有轴承组件的轴承，其中块状天线(1)布置在轴承容纳部上，并且其中所述块状天线与布置在所述轴承上的其它元件共同作用。

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