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Gebiet der Erfindung
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In die Erfindung betrifft einen Sensor zur Befestigung an einem Träger oder einem statischen Wälzlagerteil, wobei ein im Sensor enthaltender Signalaufnehmer zur Detektion eines Signals eines relativ zum Signalaufnehmer bewegbaren Signalgebers vorgesehen ist. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung mit einem derartigen Sensor und eine Wälzlagereinheit mit einer derartigen Sensoranordnung.
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Stand der Technik
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Hintergrund der Erfindung
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Sensoren für Wälzlager dienen dazu Informationen über das Wälzlager zu erhalten, die über die Art des Betriebes (z. B. Drehgeschwindigkeit, Messung der statischen und dynamischen Kraft) oder über den Funktionszustand des Wälzlagers (End-of-Life Sensierung) Aussagen erlauben. Für derartige Sensoren gibt es eine Reihe von Anwendungen, wobei es sich in der Regel um High-rech-Produkte handelt, die meist aus Gründen der Sicherheit überwacht werden müssen (z. B. Drehzahlsensoren für Anti-Blockiersysteme bei Kraftfahrzeugen).
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Für eine sichere Funktionsweise ist eine sichere Befestigung zwingend, da sich eine Änderung der Sensorposition auf das Detektionssignal in einer nicht rekonstruierbaren Weise auswirkt und somit die Aussagekraft des Signals verloren geht oder zumindest beeinflusst wird.
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Eine sichere und genaue Positionierung erfordert einen großen Installationsaufwand bei der Anbringung des Sensors bzw. beim Herstellen der Sensoranordnung. Von daher hat es Bestrebungen gegeben die Befestigungsvorrichtung einfach zu gestalten, um Herstellungskosten einzusparen, wobei diese allerdings mit einer sicheren und stabilen Befestigung vereinbar sein muss.
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Aus
US 5,640,087 A ist ein Sensor für ein Schrägkugellager mit Befestigungsvorrichtung bekannt, bei welcher der Sensor in einem feststehenden Flansch am Achszapfen befestigt wird. Das Gehäuse des Sensors weist ein in radialer Richtung belastbares Federelement mit einer Rastnase auf. Diese Rastnase ist zum Einrasten in einer Nut im Träger vorgesehen, die die axiale Position des Sensors festgelegt. Durch das Einschnappen wird erkannt, dass der Sensor an der korrekten Position angeordnet ist. Danach wird ein im Wesentlichen scheibenförmiges Befestigungselement, welches im axialen Formschluss mit dem Sensor steht mittels einer Schraube am feststehenden Flansch befestigt.
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Aufgabenstellung
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Positionierung des Sensors in einem Träger oder einem stehenden Wälzlagerteil möglichst kostengünstig, aber auch sicher und einfach zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch eine Radlagereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in Detektionsrichtung vom Signalaufnehmer zum Signalgeber eine Einstellhilfe am Sensor fest ist.
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Erfindungsgemäß ist der Sensor zur Befestigung an einem Träger oder einem statischen Wälzlagerteil vorgesehen. Der Träger kann hierbei die Funktion der Haltung beziehungsweise Aufnahme des Wälzlagers innehaben, wie beispielsweise ein Radträger ein Radlager aufnimmt. Damit eignet sich ein stillstehender Radträger hervorragend einen Sensor, beispielsweise zur Direktion von Drehgeschwindigkeiten, aufzunehmen. Dies kann beispielsweise in einer zylindrischen Bohrung oder einer anderen Ausnehmung sein.
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Alternativ kann der Sensor auch in einem statischen Wälzlagerteil, wie beispielsweise einen Teil der Dichtungsanordnung, einem stehenden Lagerring, einem anderen Ring, wie beispielsweise einem Befestigungsring, Sicherungsring oder Dichtungsring fest sein. Diese Bauteile haben die Eigenschaft inne zum nicht drehenden Teil des Wälzlagers zu gehören, d. h. insbesondere nicht zur gegebenenfalls mehrteilig ausgeführten Nabe. Dabei ist wichtig, dass es sich um ein statisches Bauteil handelt, welches in unmittelbarer Nähe zum Signalgeber, wie beispielsweise einem Encoder, insbesondere einem Multipolencoder, angeordnet ist.
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Ein im Sensor enthaltender Signalaufnehmer ist zur Detektion eines Signals des relativ zum Signalaufnehmer bewegbaren Signalgebers vorgesehen. Der Signalgeber ist mit einem drehenden Bauteil, das heißt, mit einem Bauteil der Nabe vorgesehen. Der Signalgeber kann als sogenannter Fensterencoder ausgeführt sein, der im signalgebenden Bereich ausgestanzte Löcher aufweist. Da die Flussleiteigenschaften der Löcher sich zum Vollmaterial unterscheiden entsteht eine Kodierung. Der Signalgeber kann hierbei auch als Multipolencoder ausgeführt werden, der in Umfangsrichtung alternierende magnetische Nord- und Südpole aufweist. Die Bewegung dieser magnetischen Pole induziert im Signalaufnehmer, der im Sensor enthalten ist, einen Induktionsstrom. Dabei kann es sich um einen aktiven oder passiven Sensor handeln. Bei einem passiven Sensor wird der Induktionsstrom lediglich durch Bewegung der alternierenden Magnetfelder erzeugt, wobei bei einem aktiven Sensor die Magnetfeldänderungen dadurch vergrößert werden, dass durch den Signalaufnehmer selbst ein Magnetfeld hergestellt wird. Die Änderungen dieses Magnetfeldes durch den Multipolencoder verursachen einen deutlich größeren Signalstrom als bei passiven Sensoren.
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Gemäß der Erfindung ist in Detektionsrichtung vom Signalaufnehmer zum Signalgeber eine Einstellhilfe am Sensor, am Signalaufnehmer und/oder an einem Wälzlagerteil fest. Die Einstellhilfe ist dazu vorgesehen innerhalb des Wälzlagers anbringbar zu sein, so dass die Position der Einstellhilfe einen Anschlag für den Sensor bildet, an welchen der Sensor beim Installationsvorgangs anschlägt. Die Einstellhilfe erfüllt die Funktion der Abstandhaltung zwischen Signalgeber und dem Signalaufnehmer, solange der Sensor noch nicht am stehenden Wälzlagerteil oder dem Träger befestigt ist. Beispielsweise ist es möglich, dass die Einstellhilfe an einem Ring der Dichtungsanordnung durch einen radialen Formschluss positionierbar ist. Die Einstellhilfe ist damit ein Element, welches lediglich während des Installationsvorgangs sicherstellt, dass die korrekte Position des Sensors beziehungsweise des Signalaufnehmer beim Ausführen einer Installationsbewegung des Sensors erreicht wird. Die Position wird danach durch den vorgesehenen Befestigungsmechanismus gehalten.
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Der Installationsvorgangs besteht darin, dass zunächst die Einstellhilfe angebracht wird und anschließend der Sensor innerhalb seiner Halterung soweit verschoben wird, dass er an der Einstellhilfe anstößt. Nach dem Anstoß befindet sich die Einstellhilfe in einen Kraftschluss zwischen den Sensor und einem anderen Bauteil, wie z. B. dem Signalgeber, dem Dichtungsring oder auch einem anderen Bauteil, welches eine verlässliche Distanzhaltung zwischen Signalgeber und Signalaufnehmer ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einstellhilfe zur Inbetriebnahme des Sensors aus einem Kraftschluss zwischen Sensor und Signalgeber entfernbar, ohne den Detektionsabstand zwischen dem Sensor und dem Signalgeber zu ändern. Nach der Positionierung des Sensors besteht weniger Freiraum die Einstellhilfe zu entfernen. Die Entfernung geschieht bei einer axial ausgerichteten Detektionsrichtung vorteilhafterweise in radialer Richtung oder in Umfangsrichtung bezogen auf die Rotationsachse des Wälzlagers, bei einer radialen Detektionsrichtung vorteilhafterweise in axialer Richtung oder Umfangsrichtung. Bei der Entfernung der Einstellhilfe wird diese aus einem Kraftschluss zwischen Sensor und einem anderen Bauteil, insbesondere dem Signalgeber, entnommen. Die Befestigung der Einstellhilfe am Wälzlager muss diese Entnahme mit den entsprechenden Freiräumen unterstützen, so dass eine Festsetzung der Einstellhilfe verhindert wird.
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Alternativ ist die Einstellhilfe kraftschlüssig, formschlüssig oder materialschlüssig am Sensor fest. Daran ist vorteilhaft, dass die Einstellhilfe zu Beginn der Installation des Sensors nicht in einem separaten Installationsschritt befestigt beziehungsweise positioniert werden muss, sondern wird zusammen mit dem Sensor eingesetzt beziehungsweise angeordnet. Die Einstellhilfe kann beispielsweise auf den Sensor aufgeschnappt sein. Denkbar ist auch ein simpler Steckmechanismus oder eine andere formschlüssige Verbindung, die gegebenenfalls eine kostengünstige Bestückung der Sensoren unterstützt.
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Eine Materialschlüssigkeit einer am Sensor befestigten Einstellhilfe kann beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen, der zusammen mit einem Kunststoffgehäuse des Sensors im gleichen Spritzvorgang hergestellt worden ist, oder auf das Gehäuse anvulkanisiert worden ist.
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Eine Kraftschlüssigkeit kann beispielsweise durch eine Verklebung mit einem Klebstoff erzielt werden, der die Einstellhilfe am Sensor festhält. Der Kraftschluss kann auch durch eine Klebung mit oder ohne einem Klebstoff herbeigeführt werden. Eine Erhitzung der zu befestigenden Einstellhilfe könnte bei dem entsprechend gewählten Material auch ohne Klebstoff zu einer Befestigung führen. Beispielsweise kann Papiermasse ähnlich wie bei einer Papierdichtung als Einstellhilfe aufgeklebt sein. Auch ein weicher Kunststoff ist denkbar, wie zum Beispiel ein Epoxydharz oder Silikonmasse. Durch die Klebung wird die Befestigung der Einstellhilfe auf dem Sensor sehr vereinfacht.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einstellhilfe eine Schicht, ein Belag oder ein strukturell eigenständiges Distanzstück. Da die Einstellhilfe zur Einhaltung eines Abstandes vorgesehen ist, reicht es vorteilhafterweise diese als eine Schicht am detektionsseitigen Ende des Sensors vorzusehen. Damit wäre der Materialaufwand minimal, ohne die Funktion der Einstellhilfe infrage zu stellen. Bei einer Schicht handelt es sich um einen aufgetragenen Werkstoff, der in Detektionsrichtung eine minimale Ausdehnung aufweist. Eine Schicht ist strukturell nicht eigenständig, da aufgrund der geringen Ausdehnung in einer Richtung auf die strukturelle Stabilität des Sensors, beziehungsweise dessen Gehäuses, zurückgegriffen wird. Dennoch besitzt die Schicht eine gewisse Stabilität, die allerdings senkrecht zur Detektionsrichtung oder der Installationsrichtung gerichtet ist.
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Im Gegensatz dazu, weist ein Belag keine eigene Stabilität auf, sondern erlangt seine Fähigkeit Anlagekräfte aufzunehmen allein durch den Rückhalt am Sensor. Der Belag ist jedoch eine kostengünstige Alternative. Beispielsweise dann, wenn der Belag aus einem Schmierstoff, z. B. einem Fett besteht, welches vorteilhafterweise bei der Temperatur während der Installation des Sensors einen festen Aggregatzustand aufweist, jedoch bei einer nachfolgenden Benutzung durch die höher liegende Betriebstemperatur des Wälzlagers abschmilzt und fortan als Schmierstoff fungiert.
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Vorteilhafterweise kann die Einstellhilfe auch ein strukturell eigenständiger Gegenstand in Form eines Distanzstückes sein. Mit strukturell eigenständig ist gemeint, dass das Distanzstück nicht mit dem Sensor verbunden sein muss, um seine Form beizubehalten. Dennoch wird dieses Distanzstück am Sensor festgemacht, so dass er eine Abstandshaltung bewerkstelligen kann, die in größeren Dimensionen stattfindet, als bei einem Belag oder einer Schicht. Das Distanzstück kann beispielsweise ein Abstandsstück sein, welches in Detektionsrichtung zwischen 1 bis 4 mm aufweist. Mit einem Belag oder einer Schicht sind Abstände von unter 2 mm vorteilhaft.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens ein Maß der Einstellhilfe in Abhängigkeit von einer Sensoreigenschaft gewählt. Dabei kann es sich um die Ausdehnung der Einstellhilfe entlang der Detektionsrichtung handeln, die die Signalstärke der berührungslosen Übertragung zwischen Signalgeber und Signalaufnehmer mitbestimmt. Alternativ kann die Einstellhilfe als Magnetfluss leitendes Element ausgeführt sein, die den Magnetfluss ggf. verstärkt oder vorteilhaft bündelt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform gibt die Ausdehnung der Einstellhilfe in Detektionsrichtung den für den Sensor geeigneten Detektionsabstand zum Signalgeber vor. Damit kann die Einstellhilfe auf einen Sensortyp, beziehungsweise Signalgebertyp, abgestimmt werden. Alternativ ist bei einer vorgegebenen Sensoranordnung eine Variation der Einstellhilfe denkbar, um eine Produktvielfalt mit unterschiedlicher Produktcharakteristika zu generieren, wodurch eine geringere Bauteilvielfalt (es muss nur die Ausdehnung der Einstellhilfe variiert werden) trotz hoher Produktvariation erzielt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einstellhilfe während des Sensorbetriebes zum Verbleib am Sensor und zum Materialabrieb durch den Signalgeber vorgesehen, wobei die Einstellhilfe zum Freischleifen oder Abreißen durch den Signalgeber aus dem Kraftschluss mit der Einstellhilfe heraus vorgesehen. Dazu besteht die Einstellhilfe aus einem abreibbaren oder abreißbaren Material, welches ausreichend amorph, beziehungsweise weich ist, den Abtrag ohne großen Kraftaufwand zu erlauben. Zum Abreißen eignet sich beispielsweise Silikonmasse und zum Abschleifen ein Epoxydharz. Der Signalgeber schafft sich seinen eigenen Rotationsfreiraum dadurch, dass er die Einstellhilfe ausreichend abreibt, beziehungsweise die Ausdehnung der Einstellhilfe in Detektionsrichtung geringfügig reduziert, so dass der Kraftschluss zwischen dem Signalgeber und der Einstellhilfe aufgehoben wird. Alternativ kann das Freischleifen auch von einem anderen rotierbaren Bauteil der Radnabe zumindest teilweise übernommen werden, womit der nicht immer solide Signalgeber unterstützt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einstellhilfe während des Sensorbetriebes zum Verbleib am Sensor vorgesehen und ist durch den Signalgeber am Sensor verschiebbar. Beispielsweise ist der Signalgeber ein Lochblech oder ein Encoder mit einem Fortsatz, die bzw. der die Einstellhilfe an einer schrägen Fläche in ein axiale oder radiale Richtung verschieben kann. Damit wird die Einstellhilfe aus dem Drehbereich des Signalgebers entfernt. Es ist sinnvoll hierfür eine Schiene oder ein anderes Führungsmittel am Sensor vorzusehen, welches die Entriegelungsbewegung der Einstellhilfe unterstützt.
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Alternativ kann die Einstellhilfe auch einen Kraftschluss mit einem anderen drehbaren Bauteil eingegangen sein, welches einen definierten Abstand zum Signalgeber aufweist. In diesem Fall übernimmt dieses drehbare Bauteil, wie z. B. ein Dichtungsring, als Sicherungsring oder ein Lagerring oder ähnliches Bauteil, die Funktion des Signalgebers und schafft einen Rotationsfreiraum durch einen Materialabtrag an der Einstellhilfe.
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Vorteilhafterweise ist die Einstellhilfe integral mit dem Gehäuse oder einem Gehäuseteil des Sensors ausgeführt. Damit bestehen Einstellhilfe und das Gehäuse aus dem gleichen Material. Im Grunde wird für das Gehäuse des Sensors ein Material gewählt, welches den Abrieb optimal unterstützt, aber dennoch den Sensor vor Umwelteinflüssen, wie Wasser oder Schmutzpartikel wirksam schützt. Als Material bietet sich hier ein Kunststoff an.
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Vorteilhafterweise weist eine Sensoranordnung mit einer erfindungsgemäßen Einstellhilfe weitere Bestandteile auf, wie beispielsweise ein Dichtungsring, verschiedene Dichtlippen oder Dichtungsspalte. Dabei ist es durchaus von Vorteil, wenn der frei geschliffene Abstand zwischen Sensor und Signalgeber auch gleichzeitig einen Dichtungsspalt bildet, der gegebenenfalls Bestandteil einer berührungslosen Vordichtung darstellt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Signalgeber auf einem drehbaren Wälzlagerteil einer Wälzlagereinheit, insbesondere Radlagereinheit, fest. Bei dem drehbaren Wälzlagerteil handelt es sich um Bestandteile der Nabe, wie z. B. ein rotierbarer Innenring, ein Trägerring einer Dichtungsanordnung oder einem Flansch, wie z. B. ein Radflansch einer Radlagereinheit.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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Ausführungsbeispiel
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Sensoranordnung eines nicht abgebildeten Radlagers, wobei eine Einstellhilfe 6 zwischen dem Sensor 2 und dem Signalgeber 4 kraftschlüssig eingeklemmt ist. Der kodierte Teil 5 des Signalgebers 4 ist bezogen auf die Rotationsachse des Radlagers axial zum Signalaufnehmer 7 des Sensors 2 ausgerichtet, wobei der Signalaufnehmer 7 am detektionsseitigen Ende des Sensors 2 unter der Oberfläche der axialen Begrenzungsflächen des Sensors 2 angeordnet ist.
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Der Sensor 2 wird bei der Installation in einer Bohrung des feststehenden Radträgers 3 mit dem detektionsseitigen Ende voran eingeführt. Alternativ kann es sich bei dem feststehenden Radträger 3 auch um einen feststehenden Achszapfen handeln. Die Einstellhilfe 6 bildet einen Anschlag für den Sensor 2 in axialer Richtung, womit der Sensor 2 optimal positioniert werden kann, bevor er mit der Schraube 1 innerhalb der Bohrung des Radträgers 3 festgestellt wird. Ab der Feststellung wird die Einstellhilfe 6 nicht mehr benötigt, da der optimale Detektionsabstand bereits durch die Befestigung des Sensors 2 durch die Schraube 1 permanent gewährleistet ist.
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Die Einstellhilfe 6 ist dazu vorgesehen in radialer Richtung auf dem Kraftschluss zwischen dem Signalgeber 4 und dem Sensor 2 entfernt zu werden. Vorteilhafterweise ist die Einstellhilfe 6 zum Signalgeber 4 hin magnetisch bzw. weist einen Magnet auf, so dass die Einstellhilfe 6 vor der Positionierung des Sensors 2 durch Magnetkraft zum kodierten Teil 5 in Position gehalten wird. Da sowohl die Einstellhilfe 6, als auch der Signalgeber 4 axiale Grenzflächen aufweisen, steht dem Entfernen der Einstellhilfe 6 in radialer Richtung nichts im Wege.
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Alternativ wird die Einstellhilfe 6 vor der Installation des Sensors 2 auf diesem befestigt, z. B. aufgeklebt oder mit dem Sensor 2 verrastetet. Dabei muss die Einstellhilfe 6 auch durch die Bohrung des Radträgers 3 passen, wobei diese in radialer und Umfangsrichtungen idealerweise ähnliche Außenmaße wie der Sensor 2 aufweist. Bei dieser Alternative verbleibt die Einstellhilfe 6 während des Betriebes der Sensoranordnung in dieser angeordnet auch nachdem die Schraube 1 festgestellt worden ist. Der Signalgeber 4 ist dazu vorgesehen beim Betreib des Radlagers sich den eigenen Freiraum zu schaffen, indem der Signalgeber 4 von der Einstellhilfe 6 Material abträgt. Dies lässt sich besonders einfach bewerkstelligen, wenn der Signalgeber 4 ein kaltumgeformtes Wellblech ist, oder besondere Elemente zum Abtrag, wie zum Beispiel Kanten oder Sicken aufweist. Die Detektion findet dabei vom Signalgeber 4 durch die Einstellhilfe 6 zum Signalaufnehmer 7 statt.
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Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel wäre eine Einstellhilfe, die vom Sensor durch eine Nut oder Schiene geführt wird und durch den Encoder zurückgeschoben wird. Bei Installation wird der Sensor mit Einstellhilfe eingeschoben und befestigt. Eine (nicht abgebildete) Nase der Einstellhilfe befindet sich dabei in einem ausgestanztem Loch des Encoders. Sobald der Encoder gedreht wird, wird die Einstellhilfe entlang der Schienen am Sensor zurückgeschoben, um dort zu verbleiben, oder wird vom Sensor heruntergeschoben und von diesem dauerhaft getrennt. Die dauerhafte Trennung ist vorteilhafter, da es nicht zur Blockierung des Encoders kommen kann.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Sensor zur Befestigung an einem Träger oder einem statischen Wälzlagerteil, wobei ein im Sensor enthaltender Signalaufnehmer zur Detektion eines Signals eines relativ zum Signalaufnehmer bewegbaren Signalgebers vorgesehen ist. Es soll eine Lehre angegeben werden, wie die Positionierung des Sensors innerhalb des Trägers oder des statischen Wälzlagerteils kostengünstig, einfach und sicher gestaltet werden kann. Dazu wird vorgeschlagen in Detektionsrichtung vom Sensor zum Signalgeber eine Einstellhilfe am Sensor, am Signalgeber oder einem anderen statischen Wälzlagerteil zu befestigen, wobei die Einstellhilfe nachträglich entfernbar ist ohne den Detektionsabstand zwischen Sensor und Signalgeber nachträglich zu beeinflussen oder die Einstellhilfe zum Verbleib am Sensor bestimmt ist, wobei der Kraftschluss zwischen Einstellhilfe und Signalgeber durch den Betrieb des Wälzlagers aufgehoben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraube
- 2
- Sensor
- 3
- Radträger
- 4
- Signalgeber
- 5
- Kodierter Teil
- 6
- Einstellhilfe
- 7
- Signalaufnehmer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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