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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zur Erfassung der Drehzahl eines Lagers sowie ein Lager, insbesondere
ein Wälzlager oder ein Gleitlager, nach Anspruch 10.
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Aus
der Praxis ist bekannt, einem Lagerring eines Lagers eine Markierung
zuzuordnen und die Veränderung der Stellung der Markierung
bei der Bewegung des Lagerrings im Betrieb des Lagers beispielsweise
mit optischen Mittel zu erfassen.
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DE 10 2006 022 331
A1 beschreibt in einem ersten Ausführungsbeispiel
eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl der Wälzkörper
eines Wälzlagers. Dabei ist ein optischer Sensor, der eine
Sendeeinheit sowie eine Empfangseinheit umfasst, in einer in dem äußeren
Lagerring angebrachten Bohrung aufgenommen. Die Sendeeinheit strahlt
elektromagnetische Strahlung in der Innere des Lagers, wobei die
Strahlung von der Innenseite des inneren Lagerrings bzw. von Wälzkörpern
reflektiert wird, so dass der optische Sensor nach Art einer Lichtschranke wirkt.
Unmittelbar erfasst wird die pro Zeiteinheit die Lichtschranke durchlaufenden
Wälzkörper; eine direkte Aussage über
die Drehzahl des Lagers bzw. des Lagerrings ist nicht ohne weiteres
möglich. Ungünstig ist weiter, dass die in den äußeren
Lagerring eingebrachte Bohrung Probleme bei der Dichtigkeit des
Lagers aufwirft, sowie ferner, dass Schmutz oder Fett im Innern
des Lagers den elektromagnetischen Strahl des optischen Sensors
beeinflussen. Auch lassen sich bereits in Einbaustellung befindliche
Lager nicht ohne weiteres nachrüsten.
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DE 10 2006 022 331
A1 beschreibt in einem zweiten Ausführungsbeispiel
eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines Lagerkäfigs
eines Wälzlagers, wobei der optische Sensor an einem offenen Ende
des äußeren Lagerrings an einem radial nach innen
vorkragenden Flansch angeordnet ist und Signale auswertet, die von
einer an dem Lagerkäfig angeordneten Markierung reflektiert
werden. Der optische Sensor ist im Innern des Lagers angeordnet
und damit anfällig für Schmutz bzw. Fettpartikel
in dem von der elektromagnetischen Strahlung zurückgelegten
Weg. Nachteilig ist weiter, dass der Flansch an dem äußeren
Lagerring nachträglich nicht in bereits bestehende Lager
eingebaut werden kann. Ungünstig ist weiter, dass unmittelbar
nur die Bewegung und Drehzahl des Lagerkäfigs erfasst wird,
und erst indirekt auf die Drehzahl eines Lagerrings zu schließen ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache Vorrichtung zur Erfassung
der Drehzahl eines Lagerrings eines Lagers anzugeben, die eine unmittelbare
Aussage über die Drehzahl des Lagerrings ermöglicht
und bei in Einbaustellung befindlichen Lagern nachträglich
einzubauen ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird für die eingangs genannte Vorrichtung zur
Erfassung der Drehzahl eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers
oder eines Gleitlagers, erfindungsgemäß mit den
Merkmalen von Anspruch 1 für ein Lager, insbesondere für
ein Wälzlager oder ein Gleitlager, nach Anspruch 10 gelöst.
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Weil
die Markierung an einer Außenfläche eines der
beiden Lagerringe angeordnet ist, lassen sich in Einbaustellung
befindliche Lager einfach nachrüsten. Dabei bedeutet Außenfläche
sowohl eine Stirnfläche des einen der beiden Lagerringe
als auch eine nach außen oder innen weisende Mantelfläche
des im allgemeinen hohlzylindrisch ausgebildeten Lagerrings. In
vielen Fällen ist mindestens eine Stirnfläche
oder ein Abschnitt einer Mantelfläche soweit zugänglich,
dass in Einbaustellung befindliche Lager nachträglich mit
einer Markierung versehen werden können.
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Da
die Markierung unmittelbar an dem einen der beiden Lagerringe angeordnet
ist, liefert die Erfassung der Bewegung der Markierung im Betrieb des
Lagers eine unmittelbare Information über die Bewegung
des mit der Markierung versehenen Lagerrings und damit eine direkte
Information über die Drehzahl des Lagers, insbesondere
dann, wenn der andere, nicht mit der Markierung versehene Lagerring
bezüglich des die Markierung aufweisenden Lagerrings feststehend
angeordnet ist. Sind die beiden Lagerringe nicht nur relativ zu
einander, sondern jeweils jeder für sich relativ zu der
feststehend gedachten Lagerumgebung beweglich, kann jeder der beiden
Lagerringe mit einer eigenen Markierung versehen werden, so dass
die Bewegung jedes der beiden Lagerringe relativ zu der Umgebung
des Lagers erfassbar wird und die Bewegung der beiden Lagerringe
relativ zueinander ermittelt werden kann.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der eine der beiden Lagerringe, der die Markierung
aufweist, eine mit dem Korpus des Lagerrings drehfest verbundene
Dichtung umfasst, und dass die Markierung an einer Fläche
der Dichtung angeordnet ist. Die Dichtung wird hierbei als Bestandteil
des die Markierung aufweisenden Lagerrings angesehen, so dass es möglich
wird, außerhalb des von der Dichtung umschlossenen Lagerinnenraums
die Sendeeinheit bzw. die Empfangseinheit anzuordnen, die dann gegenüber
Schmutz bzw. Fettpartikeln in dem Lagerinnenraum gesichert ist.
Auch wird es möglich, auf die Dichtung selbst die Markierung
anzubringen, so dass auch Lager, deren Mantel- oder Stirnflächen
nicht zugänglich sind, nachträglich mit einer
Markierung auszurüsten, ohne die Dichtung des beispielsweise
bereits in Einbaustellung befindlichen Lagers öffnen zu müssen.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Markierung an oder in der Außenfläche
des Korpus des Lagerrings angeordnet ist, eingeschlossen den Fall, dass
die Markierung an dem Korpus der mit dem Lagerring drehfest verbundenen
Dichtung angeordnet ist. An das jeweilige Korpus kann die Markierung
beispielsweise durch ein Aufrauhen (beispielsweise mittels Ätzen
oder mittels mechanischer Verfahren) oder Glätten (beispielsweise
mittels Auftragen von Lacken, Farben oder ähnlichen Flüssigkeiten
oder mittels eines mechanischen Glättens) der Oberfläche des
Korpus angebracht werden. In das jeweilige Korpus kann die Markierung
mittels Materialabtrag eingebracht werden. Auch eine Oberflächenbehandlung mittels
Lasern kann eine Markierung mit entlang des Umfangs der Außenfläche
des Lagerrings veränderlichen optischen Eigenschaften bewirken.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass
die Markierung durch ein Zusatzelement ausgebildet ist, und dass
das Zusatzelement an der Außenfläche des einen
der beiden Lagerringe angeordnet ist.
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Ein
derartiges Zusatzelement kann beispielsweise eine Folie oder eine
Encoderscheibe umfassen, wobei die Encoderscheibe Abschnitte von unterschiedlicher
Vertiefung bzw. Abschnitte von unterschiedlicher Reflektivität
aufweist.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit und die Empfangseinheit an
einem Deckelelement angeordnet ist, und dass das Deckelelement das
Lager in Verlängerung der Lagerachse abschließt.
Das Deckelelement kann dabei die Funktion einer Dichtung aufweisen;
alternativ hierzu kann das Deckelelement zusätzlich zu
der Dichtung vorgesehen sein, so dass nicht nur die Markierung an
einer nach außen weisenden Seite der Dichtung, sondern auch
die Sende- bzw. Empfangseinheit an dem Deckelelement eingebaut werden
können, ohne die Dichtung öffnen zu müssen.
Das Deckelelement kann mittels einer Nut an das Lager auf einfache
Weise nachträglich angebracht werden und bietet sowohl der
Sende- als auch der Empfangseinheit, die zu einer einzigen Baueinheit
zusammengefasst sein können, einen sicheren Halt während
des Betriebs des Lagers.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Markierung in Umfangsrichtung eine Abfolge
von zwei oder mehr Flächen unterschiedlicher Reflektivität aufweist.
Dabei ist die Markierung als eine Art umlaufender Strichcode ausgebildet,
deren Flächen beispielsweise gleiche Breite in Umfangsrichtung
aufweisen können. Die Breite in radialer Richtung der jeweiligen
Flächen kann dabei konstant sein; allerdings kann die Breite
der Flächen in radialer Richtung auch variieren, um Zusatzinformationen
zu liefern, beispielsweise bestimmte Einbaustellungen zu indizieren.
Der Strichcode selbst kann Informationen über das Lager
selbst, beispielsweise über Hersteller oder über
die Einbaubedingungen des Lagers, enthalten, die bei Bedarf ausgelesen
werden können.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Markierung eine Fläche mit in
Umfangsrichtung sich ändernder radialer Erstreckung umfasst.
Insbesondere kann eine einzige Fläche vorgesehen sein,
deren radiale Erstreckung für jede Stelle des Umfangs der Außenfläche
des Lagerrings unterschiedlich ist. Sofern die elektromagnetische
Strahlung auch die Stelle mit der größten radialen
Erstreckung vollständig überdeckt, ist jede Stelle
des Umfangs eindeutig identifizierbar. Die radiale Erstreckung kann
entlang des Umfangs stetig, insbesondere linear, abnehmen, wobei
die Stelle mit der geringsten Erstreckung unmittelbar an die Stelle
mit der größten Erstreckung anschließt.
An diesem Übergangspunkt erfasst die Empfängereinheit
ein sprunghaftes Signal, das eine vollständige Umdrehung
des Lagerrings anzeigt. Zwischen diesen sprunghaften Signalen nimmt
die von der Empfängereinheit erfasste Intensität
der reflektierten Strahlung im wesentlichen stetig zu oder ab, jeweils
in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Lagerrings.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine ausschnittsweise Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung
der Drehzahl eines Lagers sowie ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Lagers,
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2 zeigt
eine Explosionsdarstellung der Ausführungsbeispiele aus 1,
und
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3 zeigt
einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Vorrichtung aus 1 und 2.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
ein Lager 1, das als Wälzlager ausgebildet ist
und als Lagerringe einen Außenring 2 und einen
Innenring 3 aufweist. Zwischen den Lagerringen 2, 3 rollen
Wälzkörper 4 ab, die mittels eines nicht
dargestellten Wälzlagerkäfigs untereinander auf
Abstand gehalten werden.
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An
einer Stirnfläche 5 des Außenrings 2 ist eine
erste Markierung 6 vorgesehen, wobei die erste Markierung 6 acht
paarweise zusammengefasste Flächen aufweist, deren Reflektivität,
bezogen auf die umgebende Fläche der ersten Stirnfläche 5,
herabgesetzt ist. Jedes Paar der acht Flächen der ersten Markierung 6 ist
bezogen auf die benachbarten Paare um ca. 90° versetzt
angeordnet. Für jedes der vier Paare der Flächen
weist eine erste Fläche 7 eine von der zweiten
Fläche 8 abweichende Reflektivität auf. Jede
der Flächen 7, 8 der ersten Markierung 6 ist
annähernd quadratischer Abmessung.
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An
einer Stirnfläche 9 des Innenrings 3 ist eine
zweite Markierung 10 vorgesehen, die eine die Stirnfläche 9 umlaufende
Abfolge von untereinander getrennten rechteckigen Teilflächen 11 umfasst,
wobei von den Teilflächen 11 nur vier dargestellt
sind. Jede der Teilflächen 11 weist eine bezogen
auf die umgebende Fläche der Stirnfläche 9 des
Innenrings 3 herabgesetzte Reflektivität auf.
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Die
Flächen 7, 8 der ersten Markierung 6 sowie
die Teilflächen 11 der zweiten Markierung 10 sind durch
auf die jeweilige Stirnfläche 5, 9 aufgebrachte Zusatzelemente
ausgebildet, beispielsweise Folienzuschnitte eines Materials, das
eine von der Fläche der Stirnfläche 5, 9 abweichende
Reflektivität aufweist.
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Die
erste Markierung 6 bzw. die zweite Markierung 10 sind
jeweils Teil einer Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Lagers 1,
die in 2 mit den übrigen Teilen erkennbar ist.
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2 zeigt
das Lager 1 mit dem Außenring 2 und dem
Innenring 3, wobei deren jeweilige Stirnflächen 5, 9 mit
der ersten Markierung 6 bzw. der zweiten Markierung 10 nicht
sichtbar sind. Die Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Lagers 1 umfasst
weiter ein Platinenelement 12, das in 3 deutlicher
dargestellt ist.
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Das
in 3 dargestellte Platinenelement 12 dient
als Träger für eine Sendeeinheit 13 sowie
für eine Empfangseinheit 14, wobei die Sendeeinheit 13 optische
Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichtes aussendet, und die Empfangseinheit 14 die
von der Sendeeinheit 13 ausgestrahlte Strahlung, nach einer Reflexion
an der Markierung 6, 10, erfasst und einer nachgeschalteten
Auswerteelektronik zuführt.
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Die
Sendeeinheit 13 umfasst dabei eine Diode, die insbesondere
im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes eine monochromatische
Strahlung abstrahlt.
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Der
Sendeeinheit 13 zugeordnet ist eine erste Linse 15,
die das von der Sendeeinheit 13 abgestrahlte Licht auf
die erste bzw. Markierung 6, 10 fokussiert. Ebenso
ist der Empfangseinheit 14 eine zweite Linse 16 zugeordnet,
die das von der ersten bzw. zweiten Markierung 6, 10 reflektierte
Licht auf eine strahlungssensitive Zelle in der Empfangseinheit 14 fokussiert.
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Die
erste Linse 15 und die zweite Linse 16 sind an
einem Trägerelement 17 befestigt, das an dem Platinenelement 12 angeordnet
ist.
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2 zeigt
zusätzlich zu dem Platinenelement 12 mit der Empfangs-
bzw. Sendeeinheit 14, 13 und dem Trägerelement 17 mit
den beiden Linsen 15, 16 ein aus Kunststoff oder
Metall bestehendes Deckelelement 18, das das Platinenelement 12 sowie das
Trägerelement 17 aufnimmt und eine auf das Lager 1 weisende
randseite Verprägung 19 aufweist, wobei die Verprägung 19 in
eine an der Mantelfläche des Außenrings 2 angebrachte
Nut 20 einrasten kann. Bei Zusammenbau sind die Sendeeinheit 13 und
die Empfangseinheit 14 über das Deckelelement 18 mit
dem Außenring 2 drehfest verbunden. Wird der Außenring 2 als
bezüglich des Innenrings 3 feststehend angesehen,
fokussiert die erste Linse 15 das von der Sendeeinheit 13 abgestrahlte
Licht auf die zweite Markierung 10 an dem Innenring 2,
wonach die Teilflächen 11 der zweiten Markierung
das Licht reflektieren und das reflektierte Licht von der zweiten Linse 16 der
Empfangseinheit 14 auf die Empfangseinheit 14 reflektiert
wird. Dreht sich der Innenring 3 relativ zu dem Außenring 2,
kann eine Abfolge von Signalen hohen bzw. niedriger Intensität,
entsprechend einer hohen bzw. niedrigen Reflektivität der zweiten
Markierung 10 auf der Stirnfläche 9 des
Innenrings, erfasst werden.
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Für
die vorstehend beschriebene Funktion der Vorrichtung zur Erfassung
der Drehzahl kommt es auf die erste Markierung 6 des Außenrings 2 nicht an.
Es versteht sich aber, dass anstelle der zweiten Markierung 10 oder
zusätzlich zu der zweiten Markierung 10 auch die
erste Markierung 6 von der Sendeeinheit 13 und
der Empfangseinheit 14 optisch abgetastet und ausgewertet
werden kann.
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Die
unterschiedliche Ausgestaltung der ersten Flächen 7 und
der zweiten Flächen 8 der ersten Markierung 6 ermöglicht
dabei die Feststellung der Drehrichtung des Außenrings 2.
Da je eine erste Fläche 7 mit einer zweiten Fläche 8 zu
einem Paar zusammengefasst sind, liefern benachbarte Paare von Flächen 7, 8 Signale
in einem zeitlichen Abstand. Wird das Signal der ersten Fläche 7 zeitlich
vor dem Signal der zweiten Fläche 8 des gleichen
Paars erfasst, zeigt das eine erste Drehrichtung an, während die
zu der ersten Drehrichtung umgekehrte Drehrichtung dann detektiert
wird, wenn das Signal der ersten Fläche 7 zeitlich
nach dem Signal der zweiten Fläche 8 des gleichen
Paars von Flächen 7, 8 erfasst wird. Die
vorbeschriebene Auswertung funktioniert bereits bei einer Markierung,
die nur zwei Flächen mit unterschiedlicher Reflektivität
umfasst, die einander am Umfang nicht diametral gegenüberliegen.
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Es
versteht sich, dass eine der ersten Markierung 6 vergleichbare
Markierung an dem Innenring 3 bzw. eine der zweiten Markierung 10 vergleichbare
Markierung an dem Außenring 2 vorgesehen sein
kann.
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Es
versteht sich ferner, dass sowohl eine erste Markierung an dem einen
Lagerring als auch eine zweite Markierung an dem anderen der beiden
Lagerringe vorgesehen sein kann, wobei je eine Sende- und Empfangseinheit
jeder der beiden Markierungen zugeordnet sein kann. Es versteht
sich aber, dass auch nur eine einzige Sende- und Empfangseinheit vorgesehen
sein kann, die beide Markierungen abtastet, beispielsweise, in dem
die Linsen gedreht oder verschoben werden, oder die Dioden der Sende-
bzw. Empfangseinheiten verschieblich, beispielsweise auf dem Trägerelement 17,
angeordnet sind.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren
die Sendeeinheit 13 und die Empfangseinheit 14 räumlich
getrennt ausgebildet, Es versteht sich, dass Sende- und Empfangseinheit zu
einer baulichen Einheit zusammengefasst werden können.
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Das
obige Ausführungsbeispiel wurde anhand einer Sende- bzw.
Empfangseinheit 13 bzw. 14 erläutert,
bei denen die Markierungen 6, 10 mittel optischer
Strahlung, also mittel elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängenbereich
des sichtbaren Lichtes, abgetastet wurden.
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Es
versteht sich, dass auch ein anderer Wellenlängenbereich
für die Abtastung der Markierung 6, 10 in
Frage kommen kann, beispielsweise Infrarot (IR)-Strahlung.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren
die Teilflächen 11 der zweiten Markierung 10 bzw.
die Flächen 7, 8 der ersten Markierung 6 durch
Zusatzelemente, speziell durch Folienzuschnitte, ausgebildet, die
auf die jeweilige Stirnfläche 5, 9 befestigt
angebracht waren. Es versteht sich, dass Einkerbungen oder Vertiefungen
bzw. über die angrenzende Fläche vorstehende Verprägungen vorgesehen
sein können, um einen Bereich mit bezogen auf die Umgebung
abweichender Reflektivität auszubilden.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die Markierungen 6, 10 an
den Stirnflächen 5, 9 des Außenrings 2 bzw.
des Innenrings 3 des Lagers 1 angebracht. Es versteht
sich, dass Markierungen auch an äußeren bzw. inneren
Mantelflächen der hohlzylindrisch ausgebildeten Lagerringe angeordnet
sein können.
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- 1
- Lager
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Stirnfläche
des Außenrings 2
- 6
- erste
Markierung
- 7
- erste
Fläche der ersten Markierung 6
- 8
- zweite
Fläche der ersten Markierung 6
- 9
- Stirnfläche
des Innenrings 3
- 10
- zweite
Markierung
- 11
- Teilfläche
der zweiten Markierung 10
- 12
- Platinenelement
- 13
- Sendeeinheit
- 14
- Empfangseinheit
- 15
- erste
Linse
- 16
- zweite
Linse
- 17
- Trägerelement
- 18
- Deckelelement
- 19
- Verprägung
- 20
- Nut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006022331
A1 [0003, 0004]