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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem für ein Getriebe.
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Es ist allgemein bekannt, dass elektronische Schaltungen, welche für das industrielle Umfeld vorgesehen sind, für Hutschienenmontage ausgeführt sind und diese meist in einem Schaltschrank angeordnet sind.
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Aus der
EP 1 421 264 B1 mit der Anmeldenummer 02 797 871.7 ist eine Verschlussschraube für ein Getriebe bekannt, an der ein Körperschallsensor befestig bar ist.
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Aus der
US 4 336 712 A ist ein Temperaturfühler für Automobile bekannt.
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Aus der
US 4 137 768 A ist ein Temperatursensor bekannt, der innerhalb von Stellgrenzen beliebig tief in das zu vermessende Gebiet einführbar ist.
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Aus der
US 5 667 306 A ist eine einschraubbare Sensoreinheit für Schwimmbäder bekannt.
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Aus der
US 3 681 990 A ist ein Sensor bekannt, der mit einem Adapterschraubteil einschraubbar verbindbar ist. Mittels einer Überwurfmutter wird eine vielteilige Klemmvorrichtung verbunden, die einen Sensor mit stabförmigem Gehäuse hält, wobei der Stab einen konstanten Durchmesser aufweist.
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Aus der
US 6 053 047 A ist ein System zur Fehlererkennung bei Lagern mittels Vibrationssensor bekannt.
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Aus der
EP 0 288 155 A2 ist ein Temperatursensor für ein Lager bekannt, der Daten berührungslos sendet.
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Aus der
US 6,535,135 B1 ist ein Lager mit energieautarker Versorgung bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Anlagen mit Getriebemotoren weiterzubilden, wobei eine einfache und kostengünstige Art der Erhöhung der Sicherheit in der Anlage erreichbar sein sollte.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Sensorsystem nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Sensorsystem sind, dass das Sensorsystem für ein Getriebe vorgesehen ist,
wobei das Sensorsystem eine Sensoreinheit und eine integrierte Auswerteeinheit umfasst, welche die Sensorsignale auswertet,
wobei die Sensoreinheit mit einer Adapterschraube dicht und lösbar verbunden ist, die mit ihrem Außengewindebereich in eine durchgehende, zum Einbringen einer Ölablassschraube vorgesehene Gewindebohrung des Getriebegehäuses eingeschraubt ist und mittels eines Dichtrings dicht verbunden ist,
wobei die Sensoreinheit in eine durchgehende, zumindest einen Absatz aufweisende Innenbohrung der Adapterschraube eingeführt ist,
wobei das Gehäuse der Sensoreinheit einen Absatz aufweist, der am Absatz der Innenbohrung der Adapterschraube anliegt,
wobei ein Temperatursensor im Inneren des verjüngten Abschnitts des Gehäuses der Sensoreinheit angeordnet ist, wobei eine auf der Außenseite der Adapterschraube mittels eines Schneidgewindes aufgeschraubte Überwurfmutter einen Klemmring auf das Gehäuse der Sensoreinheit quetscht und somit dicht klemmend verbindet,
wobei die Auswerteeinheit ohne Versorgungskabel ausgestattet ist und ihre Versorgungsenergie mit einer thermoelektrischen Einheit aus der aus dem Getriebe an die Umgebung wegströmenden Wärme oder aus einer piezoelektrischen Einheit, die die im Betrieb auftretenden Schwingungen zur Energieerzeugung verwendet, gewinnt, wobei die ausgewerteten Sensorsignale berührungslos gesendet werden.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Adapterschraube in eine Gewindebohrung des Getriebes einschraubbar und dicht verbindbar ist. Danach ist die Sensoreinheit mit der Adapterschraube dicht verbindbar. Für verschieden große Getriebe ist eine jeweils entsprechende Sensoreinheit verwendbar, die in ihrer Länge den geometrischen Abmessungen des Getriebes mit seinen Verzahnteilen und seiner Schmierstofffüllung entspricht. Für verschieden große Gewindebohrungen im jeweiligen Getriebe sind nur die entsprechenden Adapterschrauben vorrätig zu halten. Die Schnittstelle zwischen Adapterschraube und Sensoreinheit kann stets unverändert gehalten werden. Somit ist eine hohe Varianz von Getrieben mit möglichst kleiner Anzahl von Teilen, die zusätzlich kostengünstig sind, mit dem Sensorsystem ausstattbar.
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Ein industrielles Getriebe einer Baureihe von Getrieben hat üblicherweise mehrere Gewindebohrungen zur Aufnahme von Ölablassschrauben. Je nach Montageorientierung des Getriebes in der Anlage ist somit der Ölwechsel ausführbar.
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Mit der Erfindung wird somit ein modular aufgebaute mechatronische Einheit geschaffen. Denn das mechanische Getriebe ist nun mittels eines Sensors samt Auswerteeinheit ausführbar in robuster Art und Weise.
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Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit ohne Versorgungskabel ausgestattet und gewinnt ihre Versorgungsenergie mit einer thermoelektrischen Einheit aus der aus dem Getriebe an die Umgebung wegströmenden Wärme oder aus einer piezoelektrischen Einheit, die die im Betrieb auftretenden Schwingungen zur Energieerzeugung verwendet. Erfindungsgemäß werden die ausgewerteten Sensorsignale berührungslos an andere elektronische Geräte gesendet, insbesondere in Zeitabständen. Somit entfällt auch die Verkabelung. Erfindungsgemäß ist die Auswerteeinheit integriert in der Sensoreinheit ausgeführt, wobei sich diese Ausführungsform erst bei großen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen lässt.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinheit Eingabemittel und/oder Anzeigemittel. Von Vorteil ist dabei, dass Datenabfrage und Datenanzeige ausführbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Adapterschraube eine Dichtung und einen Außengewindebereich zum Einschrauben in eine durchgehende Gewindebohrung des Getriebegehäuses. Von Vorteil ist dabei, dass die Adapterschraube dicht und fest mit dem Getriebegehäuse verbindbar ist, also in hoher Schutzart.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit durch eine durchgehende, zumindest einen Absatz aufweisende Innenbohrung der Adapterschraube durchführbar. Von Vorteil ist dabei, dass die Sensoreinheit austauschbar ist, insbesondere auch gegen andere beispielsweise verschieden lange Sensoreinheiten. Außerdem sind die Verbindungskräfte der Verbindung mit der Sensoreinheit im Wesentlichen getrennt von den Verbindungskräften der Verbindung der Adapterschraube mit dem Getriebegehäuse.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit mit der Adapterschraube mittels einer Schneid-Klemm-Verbindung unter Verwendung einer Überwurfmutter verbindbar. Von Vorteil ist dabei, dass in schneller und einfacher Weise eine dichte feste Verbindung für die Sensoreinheit herstellbar ist.
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Wichtige Merkmale bei dem Baukasten von Adapterschrauben für ein Sensorsystem sind, dass verschiedene Adapterschrauben vorgesehen sind, die sich in ihrem Außengewinde zum Einschrauben in die Gewindebohrung des Getriebegehäuses unterscheiden und in der zugehörigen Dichtung, wobei diese Adapterschrauben mit derselben Sensoreinheit und/oder Überwurfmutter dicht und lösbar verbindbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass die verschiedenen Getriebe der Baureihe von Getrieben mit entsprechend der Gewindebohrungen verschiedenen Adapterschrauben ausstattbar sind. Außerdem sind verschieden große Getriebe mit verschieden langen Sensoreinheiten ausstattbar, so dass der Sensor an möglichst optimaler Stelle positionierbar ist, insbesondere möglichst exakt. Es wird also eine hohe Varianz mit geringer Teilanzahl erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraubteil
- 2
- Gehäuseteil
- 3
- Energieversorgung und Ausgangsspannungen
- 4
- Anzeigemodul
- 5
- Anschlusskabel Temperatursensor
- 6
- Winkelblech
- 7
- Mutter
- 20
- Gehäuse
- 21
- Absatz
- 23
- Anschlussbereich
- 24
- Bohrung
- 25
- Schraubgewindebereich
- 26
- Dichtring
- 27
- Adapterschraube
- 28
- Absatz der Bohrung
- 29
- Klemmring
- 30
- Überwurfmutter
- 31
- Dichtung
- 32
- bearbeitete Fläche
- 33
- nicht durchgehende Gewindebohrung
- 34
- Gewindebereich
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist zur Erläuterung des technischen Umfelds eine nicht-erfindungsgemäße Auswerteeinheit gezeichnet. Dabei umfasst die Auswerteeinheit ein Anzeigemodul 4 und das Ein- und Ausgabemittel. Die Elektronik ist von dem mit dem Anzeigemodul 4 dicht verbundenen Gehäuseteil 2 geschützt.
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Mittels des Kabels 3 ist eine Energieversorgung, vorzugsweise 24 V, zuführbar und es sind Leitungen zum Datenaustausch, insbesondere Ausgangsspannungen zum Setzen von Schaltausgängen, vorgesehen.
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Die Auswerteeinheit ist mittels der Mutter 7 und einem in 1 nicht sichtbaren Schraubenbereichs des Gehäuseteils 2 angeschraubt an einem Winkelblech 6, das mittels des Schraubteils 1 am Getriebegehäuse angeschraubt ist. Hierzu wird eine der Gewindebohrungen verwendet, die im Getriebegehäuse zum Einbringen von Ölablassschrauben vorgesehen sind.
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Das Schraubteil weist zum Einschrauben ins Getriebegehäuse einen Gewindebereich 34 auf und eine Dichtung 31. Somit ist das Schraubteil 1 einschraubbar und die Gewindebohrung des Getriebegehäuses dicht verschließbar. Wie in der ebenfalls nicht erfindungsgemäßen 3 gezeigt, ist hierzu auch eine bearbeitete Fläche 32 vorgesehen.
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Außerdem weist das Schraubteil 1 an seiner vom Getriebe abgewandten Seite eine nicht durchgehende Gewindebohrung 33 auf, an der das Winkelblech 6 mittels einer Schraube anschraubbar ist. Außerdem weist die Auswerteeinheit ein Anschlusskabel 5 auf, mit welchem die Sensoreinheit verbindbar ist, welche einen Temperatursensor umfasst.
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Die Befestigung am Getriebe über ein Zwischenteil hat zum Vorteil, dass einerseits eine thermische Entkoppelung zwischen Getriebe und Auswerteteil ausführbar ist. Somit ist die empfindliche Elektronik in ihrer Funktion nicht beeinträchtigt. Außerdem ist eine Wartung oder ein Austausch der Auswerteeinheit ermöglicht, ohne dass ein Austreten von Öl aus dem Getriebe zu befürchten ist. Des Weiteren ist die Anordnung der Bohrung im Getriebegehäuse, also die Montageorientierung des Getriebes, auch derart ausführbar, dass Öl an der Innenseite der Gewindebohrung ansteht.
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Die Sensoreinheit weist, wie in 2 gezeigt, ein Gehäuse 20 auf, das einen bei der erfindungsgemäßen Sensoreinheit nicht vorhandenen Anschlussbereich 23 umfasst zur elektrischen Verbindung mit der Auswerteeinheit, wobei der Anschlussbereich 23 auch Anschlussvorrichtungen zum elektrischen Verbinden mit dem Anschlusskabel 5 aufweist.
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Ohne den Anschlussbereich 23 stellt 2 also eine erfindungsgemäße Sensoreinheit dar:
Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Sensoreinheit weist auch einen Absatz 21 auf zur Bildung einer definierten Position für die Sensoreinheit in einer Adapterschraube 27. Im Endbereich des verjüngten Abschnittes des Gehäuses der Sensoreinheit ist im geschützten Inneren der Temperatursensor positioniert.
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Die Adapterschraube 27 wird wiederum in eine Gewindebohrung des Getriebegehäuses mit ihrem Schraubgewindebereich 25 eingeschraubt, wobei ein Dichtring 26 vorgesehen ist. Somit ist die Adapterschraube an sich dicht und sicher verbindbar. In die Bohrung 24 der Adapterschraube 27 ist die Sensoreinheit einführbar bis ein Absatz 28 der Bohrung mit dem Absatz 21 der Sensoreinheit in Kontakt kommt.
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Mittels einer Überwurfmutter 30, die auf die Außenseite der Adapterschraube 27 aufgeschraubt wird, wird ein Klemmring 29 beim Einschrauben zunehmend zusammengedrückt und somit die Sensoreinheit mit der Überwurfmutter 30 und der Adapterschraube 27 mittels dieses Klemmrings 29 zusammengequetscht und dicht klemmend verbunden.
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Dabei weist die Überwurfmutter 30 zur Verbindung mit der Adapterschraube 27 ein Schneidgewinde auf.
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Mittels der gemessenen Temperatur wird einerseits das Überschreiten eine kritischen Temperatur überwacht, wobei nach Überschreiten eine Warnmeldung oder ein Signal erzeugbar ist, insbesondere beispielhaft ein Schaltausgang gesetzt wird.
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Andererseits wird bestimmt, ob das Öl des Getriebes seine Standzeit erreicht hat und ausgetauscht werden muss. Hierzu wird in Zeitabständen die Temperatur jeweils erfasst und ein mit der Temperatur gewichteter Summand aufsummiert. Hierzu umfasst die Auswerteeinheit einen Mikrocontroller. Bei Überschreiten eines kritischen Wertes wird eine Warnmeldung oder ein Signal erzeugt, das zur Information oder zum Auslösen des Schmierstoffwechsels vorgesehen ist.
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Als Temperatursensor ist beispielhaft ein PT100 oder ein PT1000 verwendbar. Es sind aber bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen auch Ölalterungssensoren verwendbar, die beispielhaft hochfrequent die Viskosität des Schmierstoffs erfassen, wobei allerdings der Sensor unmittelbar mit dem Schmierstoff in Kontakt ist, also das Gehäuse der Sensoreinheit eine entsprechende Öffnung aufweist.
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Die Adapterschraube ist mit verschieden großen Schraubgewindebereichen 25 und entsprechenden Dichtungen herstellbar, wobei die Bohrung und die weiteren Schnittstellenelemente zur Verbindung mit der Überwurfmutter und der Sensoreinheit unverändert bleiben.
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Auf diese Weise ist es ermöglicht, dieselbe Sensoreinheit in verschieden große Gewindebohrungen der Gehäuse der Getriebe einer Baureihe von Getrieben in einfacher und kostengünstiger Weise zu verbinden. Für jede Gewindebohrung muss nur eine Adapterschraube vorgesehen werden.
