DE102013221688A1 - Grooved nut and arrangements with grooved nut for measuring physical quantities - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nutmutter (07) zur axialen Absicherung eines auf einer Welle (01) angeordneten Maschinenelementes (04). Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Messung einer Kraft, eine Anordnung zur Messung einer Temperatur, eine Anordnung zur Messung einer Drehzahl und eine Anordnung zur Messung einer Beschleunigung, welche jeweils eine erfindungsgemäße Nutmutter umfassen. Die erfindungsgemäße Nutmutter (07) auf der Welle (01) ist gemeinsam mit dem Maschinenelement (04) einer zu messenden physikalischen Größe ausgesetzt. Die Nutmutter (07) umfasst zumindest eine Komponente eines Sensors zur Bestimmung der physikalischen Größe.The present invention relates to a groove nut (07) for axially securing a machine element (04) arranged on a shaft (01). Furthermore, the invention relates to an arrangement for measuring a force, an arrangement for measuring a temperature, an arrangement for measuring a rotational speed and an arrangement for measuring an acceleration, which each comprise a groove nut according to the invention. The inventive groove nut (07) on the shaft (01) is exposed together with the machine element (04) to be measured physical size. The groove nut (07) comprises at least one component of a sensor for determining the physical quantity.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nutmutter zur axialen Absicherung eines auf einer Welle angeordneten Maschinenelementes. im Weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Messung einer Kraft, eine Anordnung zur Messung einer Temperatur, eine Anordnung zur Messung einer Drehzahl und eine Anordnung zur Messung einer Beschleunigung, welche jeweils eine erfindungsgemäße Nutmutter umfassen.The present invention relates to a groove nut for axially securing a machine element arranged on a shaft. Furthermore, the invention relates to an arrangement for measuring a force, an arrangement for measuring a temperature, an arrangement for measuring a rotational speed and an arrangement for measuring an acceleration, which each comprise a groove nut according to the invention.
Die
Die
Aus der
Die
Die
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Integration von Sensoren zur Messung physikalischer Größen, insbesondere Kräfte, Temperaturen, Drehzahlen und Beschleunigungen von sich drehenden Maschinenelementen, zu erleichtern.The object of the present invention, starting from the prior art, is to facilitate the integration of sensors for measuring physical quantities, in particular forces, temperatures, rotational speeds and accelerations of rotating machine elements.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Nutmutter gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch Anordnungen gemäß den beigefügten nebengeordneten Ansprüchen 7 bis 10.Said object is achieved by a slot nut according to the appended claim 1 and by arrangements according to the enclosed independent claims 7 to 10.
Die erfindungsgemäße Nutmutter dient grundsätzlich der axialen Absicherung eines auf einer Welle angeordneten Maschinenelementes. Die Welle ist rotierbar, wobei das Maschinenelement bevorzugt auf der Welle befestigt ist, sodass es gemeinsam mit der Welle rotiert. Die Nutmutter ist auf die Welle aufschraubbar. Hierfür weist die Nutmutter ein Gewinde, insbesondere ein Innengewinde auf. Entsprechend weist die Welle ein Gewinde, insbesondere ein Außengewinde auf.The inventive groove nut basically serves to axially secure a machine element arranged on a shaft. The shaft is rotatable, wherein the machine element is preferably mounted on the shaft so that it rotates together with the shaft. The groove nut can be screwed onto the shaft. For this purpose, the groove nut has a thread, in particular an internal thread. Accordingly, the shaft has a thread, in particular an external thread.
Die Nutmutter kann dazu ausgebildet sein, mit einem Sicherungsblech montiert zu werden, wobei Laschen des Sicherungsbleches in Nuten der Nutmutter geschlagen werden, um ein unbeabsichtigtes Herunterschrauben der Nutmutter von der Welle zu verhindern. Alternativ kann die Nutmutter mit einem quer zur Achse oder parallel zur Achse angeordneten Gewindestift versehen sein, wobei ein Schrauben des Gewindestiftes in die Nutmutter zu einer Verformung der Nutmutter führt, sodass die auf das Gewinde der Welle aufgeschraubte Nutmutter auf der Welle verklemmt und ein unbeabsichtigtes Herunterschrauben der Nutmutter von der Welle verhindert ist. Die Nutmutter kann Einschnitte umfassen oder segmentiert sein, um die Verformung der Nutmutter zu definieren. Auch kann die Nutmutter mehrere solcher Gewindestifte umfassen. Alternativ kann der Gewindestift als Blockierstift ausgebildet sein, wofür er in der Nutmutter so angeordnet ist, dass er beim Einschrauben auf das Gewinde der Welle trifft und dabei gegen dieses Gewinde verklemmt wird. Der auf das Gewinde der Welle treffende Blockierstift ist an seinem axialen Ende bevorzugt kammartig ausgebildet, um eine Veränderung des Planschlages und eine Beschädigung des Gewindes der Welle zu vermeiden. Eine ungewollte Verdrehung des Blockierstiftes kann wiederum durch einen Kontergewindestift verhindert sein. Auch kann die Nutmutter mehrere solcher Blockierstifte umfassen. Bei der Nutmutter kann es sich insbesondere um eine Präzisionsnutmutter handeln.The groove nut may be adapted to be mounted with a locking plate, wherein tabs of the locking plate are struck in grooves of the nut to prevent inadvertent unscrewing the nut from the shaft. Alternatively, the nut may be provided with a transverse to the axis or parallel to the axis threaded pin, with a screw of the threaded pin in the lock nut leads to a deformation of the lock nut, so that screwed onto the thread of the shaft lock nut jammed on the shaft and unintentional unscrewing the lock nut is prevented from the shaft. The groove nut may include cuts or be segmented to define the deformation of the groove nut. Also, the nut may include a plurality of such setscrews. Alternatively, the grub screw may be formed as a blocking pin, for which purpose it is arranged in the nut so that it meets when screwing onto the thread of the shaft and is thereby jammed against this thread. The striking on the thread of the shaft blocking pin is formed preferably comb-like at its axial end to prevent a change in the plan impact and damage to the thread of the shaft. An unwanted rotation of the blocking pin can in turn be prevented by a counter-threaded pin. Also, the nut may include several such blocking pins. The slot nut may in particular be a precision slot nut.
Die Nutmutter und das Maschinenelement werden auf der Welle axial nebeneinander angeordnet, wobei sie unmittelbar benachbart sind oder zumindest nur einen geringen axialen Abstand zueinander aufweisen. Folglich sind die auf die Welle aufgeschraubte Nutmutter und das Maschinenelement vielen physikalischen Größen gemeinsam ausgesetzt, wobei die physikalischen Größen im gleichen Maße oder zumindest in einem sehr ähnlichen Maße auf die Nutmutter und auf das Maschinenelement wirken. im Übrigen werden auch die Welle und die Nutmutter durch die Anordnung der Nutmutter auf der Welle vielen physikalischen Größen gemeinsam ausgesetzt, wobei auch hier die physikalischen Größen im gleichen Maße oder zumindest in einem sehr ähnlichen Maße auf die Nutmutter und auf die Welle wirken. Beispiele für die genannten physikalischen Größen sind axial ausgerichtete Kräfte, Momente, Drehzahlen, Drehwinkel, Drehrichtungen, Temperaturen, Beschleunigungen usw.The groove nut and the machine element are arranged axially next to each other on the shaft, wherein they are immediately adjacent or at least have only a small axial distance from one another. Consequently, the nut nut and machine element screwed onto the shaft are exposed to many physical quantities together, with the same physical dimensions or at least act in a very similar extent on the nut and on the machine element. Incidentally, the shaft and the groove nut are exposed by the arrangement of the groove nut on the shaft many physical sizes together, with the physical sizes act to the same extent or at least to a very similar extent on the nut and the shaft here. Examples of the physical variables mentioned are axially aligned forces, moments, speeds, angles of rotation, directions of rotation, temperatures, accelerations, etc.
Die erfindungsgemäße Nutmutter ermöglicht das Messen einer der genannten physikalischen Größen. Hierfür umfasst die Nutmutter zumindest eine Komponente eines Sensors zur Bestimmung der zu messenden physikalischen Größe. Auch kann die Nutmutter den Sensor in seiner Gesamtheit umfassen, beispielsweise indem der Sensor in einem Hohlraum in der Nutmutter oder an der Nutmutter angeordnet ist.The groove nut according to the invention makes it possible to measure one of the stated physical quantities. For this purpose, the slot nut comprises at least one component of a sensor for determining the physical quantity to be measured. Also, the nut may comprise the sensor in its entirety, for example by the sensor is arranged in a cavity in the nut or on the nut.
Die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors ist bevorzugt durch ein Messgrößenwandlungselement gebildet, welches die zu messende physikalische Größe in eine andere physikalische Größe wandelt, welche durch ein Sensorelement unmittelbar messbar ist. Das Messgrößenwandlungselement kann beispielsweise zur Umwandlung einer Kraft in eine Verformung bzw. in eine Ortsänderung dienen.The component of the sensor encompassed by the slot nut is preferably formed by a measured variable conversion element which converts the physical variable to be measured into another physical variable which can be measured directly by a sensor element. The measured variable conversion element can serve, for example, for converting a force into a deformation or into a change of location.
Die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors ist bevorzugt durch eine Maßverkörperung gebildet, die einem Sensorelement gegenübersteht, welches benachbart zur Nutmutter angeordnet ist.The component of the sensor encompassed by the slot nut is preferably formed by a material measure which faces a sensor element which is arranged adjacent to the slot nut.
Die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors ist bevorzugt durch ein Sensorelement gebildet, welches insbesondere zur Wandlung der zu messenden physikalischen Größe in eine elektrische Größe, beispielsweise in eine elektrische Spannung dient.The component of the sensor encompassed by the slot nut is preferably formed by a sensor element, which in particular serves to convert the physical variable to be measured into an electrical variable, for example into an electrical voltage.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Nutmutter besteht darin, dass sie die Integration von Sensoren in drehbare Maschinenkonstruktionen erleichtert, da die anderen Maschinenelemente, wie beispielsweise Wälzlager keiner Veränderung bedürfen. Die zuvor vorgesehene Nutmutter gemäß dem Stand der Technik kann aufwandsarm gegen eine erfindungsgemäße Nutmutter ausgetauscht werden.A particular advantage of the groove nut according to the invention is that it facilitates the integration of sensors in rotatable machine designs, since the other machine elements, such as rolling bearings require no change. The previously provided groove nut according to the prior art can be exchanged with little effort against a groove nut according to the invention.
Das Maschinenelement ist auf der Welle befestigbar und beispielsweise durch ein Getrieberad gebildet. Bevorzugt ist das Maschinenelement durch ein Wälzlager, insbesondere durch einen Innenring des Wälzlagers gebildet.The machine element can be fastened on the shaft and formed, for example, by a gear wheel. Preferably, the machine element is formed by a rolling bearing, in particular by an inner ring of the rolling bearing.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutmutter ist die zu messende physikalische Größe durch eine axial zur Welle ausgerichtete Kraft gebildet. Die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors ist durch ein Messgrößenwandlungselement gebildet, wofür die Nutmutter zumindest teilweise durch die axial zur Welle ausgerichtete Kraft elastisch verformbar ist. Folglich ermöglicht das Messgrößenwandlungselement eine Wandlung der axial zur Welle ausgerichteten Kraft in eine Verformung, d. h. in eine örtliche Veränderung, welche mittelbar oder unmittelbar messbar ist. Die Nutmutter kann auch in ihrer Gesamtheit das Messgrößenwandlungselement ausbilden.In a first preferred embodiment of the groove nut according to the invention, the physical variable to be measured is formed by an axially aligned to the shaft force. The component of the sensor encompassed by the slot nut is formed by a measurement variable conversion element, for which purpose the slot nut is elastically deformable at least partially by the force aligned axially with respect to the shaft. Consequently, the measurement variable conversion element allows a conversion of the axially aligned to the shaft force in a deformation, d. H. in a local change, which is measurable directly or indirectly. The groove nut can also form the measured variable conversion element in its entirety.
Die elastische Verformbarkeit der Nutmutter ist bevorzugt dadurch gegeben, dass die Nutmutter im Vergleich zum Stand der Technik geschwächte Bereiche aufweist, beispielsweise Einschnitte. Die Schwächungen definieren die Verformbarkeit der Nutmutter.The elastic deformability of the groove nut is preferably given by the fact that the groove nut in comparison to the prior art has weakened areas, such as cuts. The weakenings define the deformability of the groove nut.
Die durch die axial zur Welle ausgerichtete Kraft bewirkte elastische Verformung der Nutmutter kann durch ein Sensorelement bestimmt werden, welches sich in oder an der Nutmutter befindet oder welches beabstandet zur Nutmutter angeordnet ist. Im erst genannten Fall umfasst die Nutmutter neben dem Messgrößenwandlungselement auch das Sensorelement. Das Messgrößenwandlungselement und das Sensorelement bilden Komponenten des Sensors zur Bestimmung der zu messenden Kraft.The elastic deformation of the slot nut caused by the force directed axially relative to the shaft can be determined by a sensor element which is located in or on the slot nut or which is arranged at a distance from the slot nut. In the former case, the groove nut in addition to the Meßgrößenwandlungselement also includes the sensor element. The measured variable conversion element and the sensor element form components of the sensor for determining the force to be measured.
Das Sensorelement kann beispielsweise durch einen Dehnmessstreifen, durch ein piezoelektrisches Sensorelement, durch ein magnetoelastisches Sensorelement, durch ein optisches Sensorelement, durch ein kapazitives Sensorelement, durch ein SAW-Sensorelement, durch ein Hall-Sensorelement, durch ein Differentialtransformator-Sensorelement, durch ein Potentiometer oder durch ein Wirbelstrom-Sensorelement gebildet sein.The sensor element may be, for example, a strain gauge, a piezoelectric sensor element, a magnetoelastic sensor element, an optical sensor element, a capacitive sensor element, a SAW sensor element, a Hall sensor element, a differential transformer sensor element, a potentiometer or be formed by an eddy current sensor element.
Die Messung der Verformung kann relativ erfolgen, beispielsweise mit einem Dehnmessstreifen, mit einem piezoelektrischen Sensorelement, mit einem magnetoelastischen Sensorelement, mit einem optischen Sensorelement, mit einem kapazitiven Sensorelement oder mit einem SAW-Sensorelement. Die Messung der Verformung kann aber auch absolut erfolgen, beispielsweise mit einem optischen Sensorelement, mit einem kapazitiven Sensorelement, mit einem Hall-Sensorelement, mit einem Differentialtransformator-Sensorelement, mit einem Potentiometer oder mit einem Wirbelstrom-Sensorelement.The deformation can be measured relatively, for example with a strain gauge, with a piezoelectric sensor element, with a magnetoelastic sensor element, with an optical sensor element, with a capacitive sensor element or with a SAW sensor element. However, the measurement of the deformation can also be absolute, for example with an optical sensor element, with a capacitive sensor element, with a Hall sensor element, with a differential transformer sensor element, with a potentiometer or with an eddy current sensor element.
Diese Ausführungsform der Nutmutter kann weiterhin ein Übertragungselement umfassen, welches zur Übertragung eines Signals des Sensorelementes dient. Das Übertragungselement kann beispielsweise durch ein Kabel oder durch einen Sender mit Antenne gebildet sein.This embodiment of the groove nut may further comprise a transmission element, which is used to transmit a signal of Sensor element is used. The transmission element can be formed for example by a cable or by a transmitter with antenna.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutmutter ist die zu messende physikalische Größe durch eine Temperatur des Maschinenelementes gebildet. Die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors ist durch ein Sensorelement zur Messung der Temperatur gebildet. Bei der zu messenden Temperatur handelt es sich beispielsweise um die Temperatur eines Wälzlagers, insbesondere um die Temperatur eines Innenringes des Wälzlagers. Das Sensorelement ist bevorzugt in einem Hohlraum der Nutmutter oder an einer Oberfläche der Nutmutter angeordnet.In a second preferred embodiment of the groove nut according to the invention, the physical variable to be measured is formed by a temperature of the machine element. The component of the sensor encompassed by the groove nut is formed by a sensor element for measuring the temperature. The temperature to be measured is, for example, the temperature of a rolling bearing, in particular the temperature of an inner ring of the rolling bearing. The sensor element is preferably arranged in a cavity of the slot nut or on a surface of the slot nut.
Das Sensorelement kann beispielsweise durch ein Platintemperatursensorelement, durch ein Halbleitertemperatursensorelement, durch ein Heißleitersensorelement oder durch ein Thermoelement gebildet sein.The sensor element can be formed for example by a platinum temperature sensor element, by a semiconductor temperature sensor element, by a thermistor sensor element or by a thermocouple.
Diese Ausführungsform der Nutmutter kann weiterhin ein Übertragungselement umfassen, welches zur Übertragung eines Signals des Sensorelementes dient. Das Übertragungselement kann beispielsweise durch ein Kabel oder durch einen Sender mit Antenne gebildet sein.This embodiment of the groove nut may further comprise a transmission element which serves to transmit a signal of the sensor element. The transmission element can be formed for example by a cable or by a transmitter with antenna.
Die Nutmutter kann weiterhin eine Auswerteelektronik umfassen, welche zur Auswertung eines Signals des Sensorelementes dient. Die Auswerteelektronik kann in einem Hohlraum in der Nutmutter oder an einer Oberfläche der Nutmutter angeordnet sein. Die Auswerteelektronik kann einen Mikroprozessor und elektronische Schnittstellen umfassen.The slot nut may further comprise an evaluation, which serves to evaluate a signal of the sensor element. The evaluation can be arranged in a cavity in the groove nut or on a surface of the groove nut. The transmitter may include a microprocessor and electronic interfaces.
Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutmutter ist die zu messende physikalische Größe durch eine Drehzahl des Maschinenelementes oder durch eine Drehzahl der Welle gebildet. Insofern das Maschinenelement drehfest auf der Welle befestigt ist, gleichen sich die Drehzahl des Maschinenelementes und die Drehzahl der Welle, sodass die Drehzahl des Maschinenelementes über die Drehzahl der Welle und umgekehrt messbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors durch eine Maßverkörperung gebildet, welche zumindest eine Umdrehung des Maschinenelementes bzw. der Welle verkörpert. Bevorzugt verkörpert die Maßverkörperung bereits Bruchteile einer Umdrehung des Maschinenelementes bzw. der Welle, d. h. einen Drehwinkel von 360°/n, wobei n eine natürliche Zahl größer als Eins, bevorzugt größer als Vier ist.In a third preferred embodiment of the groove nut according to the invention, the physical variable to be measured is formed by a rotational speed of the machine element or by a rotational speed of the shaft. Insofar as the machine element is secured against rotation on the shaft, the rotational speed of the machine element and the rotational speed of the shaft are equal, so that the rotational speed of the machine element can be measured via the rotational speed of the shaft and vice versa. In this embodiment, the component of the sensor encompassed by the groove nut is formed by a material measure which embodies at least one revolution of the machine element or of the shaft. Preferably, the material measure already embodies fractions of a revolution of the machine element or the shaft, d. H. a rotation angle of 360 ° / n, where n is a natural number greater than one, preferably greater than four.
Die Maßverkörperung ist bevorzugt durch einen äußeren Umfang der Nutmutter gebildet, in welchen axial ausgerichtete Nuten in ein ferromagnetisches Material der Nutmutter eingebracht sind, welche Inkremente der Maßverkörperung verkörpern. Die Nuten sind zumindest abschnittsweise gleich um den Umfang der Nutmutter verteilt. Zwischen einigen dieser Nuten können sich ggf. Sicherungsnuten befinden, in welche Laschen eines Sicherungsbleches zu schlagen sind.The material measure is preferably formed by an outer circumference of the groove nut, in which axially aligned grooves are introduced into a ferromagnetic material of the groove nut, which embody increments of the material measure. The grooves are distributed at least partially equal to the circumference of the groove nut. If necessary, there may be securing grooves between some of these grooves, in which tabs of a securing plate are to be hit.
Die Maßverkörperung kann aber auch durch einen Magnetisierungsbereich gebildet sein, welcher sich auf einem äußeren Umfang der Nutmutter umfänglich erstreckt und eine alternierende Nord-Süd-Polarisierung aufweist. Auch kann eine Permanentmagnetschicht auf einen äußeren Umfang der Nutmutter aufgebracht sein, welche sich umfänglich erstreckt und eine alternierende Nord-Süd-Polarisierung aufweist, beispielsweise in Form eines Folienmagnetes.However, the material measure can also be formed by a magnetization region which extends circumferentially on an outer circumference of the groove nut and has an alternating north-south polarization. Also, a permanent magnet layer may be applied to an outer circumference of the groove nut, which extends circumferentially and has an alternating north-south polarization, for example in the form of a film magnet.
Die Maßverkörperung kann aber auch durch einen optischen Inkrementalgeber gebildet sein, beispielsweise durch ein schwarz-weißes Streifenmuster, welches sich umfänglich auf einem äußeren Umfang der Nutmutter erstreckt.However, the material measure can also be formed by an optical incremental encoder, for example by a black and white stripe pattern, which extends circumferentially on an outer circumference of the groove nut.
Die zu messende physikalische Größe kann auch von der Drehzahl abgeleitet sein, wie beispielsweise eine Winkelbeschleunigung, oder die zu messende physikalische Größe kann auch anderweitig mit der Drehzahl assoziiert sein, wie beispielsweise ein Drehwinkel oder eine Drehrichtung.The physical quantity to be measured may also be derived from the speed, such as angular acceleration, or the physical quantity to be measured may also be otherwise associated with the speed, such as a rotation angle or direction of rotation.
Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutmutter ist die zu messende physikalische Größe durch eine Beschleunigung des Maschinenelementes oder durch eine Beschleunigung der Welle gebildet. Insofern das Maschinenelement auf der Welle befestigt ist, gleichen sich die Beschleunigung des Maschinenelementes und die Beschleunigung der Welle, sodass die Beschleunigung des Maschinenelementes über die Beschleunigung der Welle und umgekehrt messbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors durch ein Sensorelement zur Messung der Beschleunigung gebildet. Das Sensorelement ist fest mit der Nutmutter verbunden. Das Sensorelement ist bevorzugt in einem Hohlraum in der Nutmutter oder an einer Oberfläche der Nutmutter angeordnet.In a fourth preferred embodiment of the groove nut according to the invention, the physical variable to be measured is formed by an acceleration of the machine element or by an acceleration of the shaft. Inasmuch as the machine element is mounted on the shaft, the acceleration of the machine element and the acceleration of the shaft are equal, so that the acceleration of the machine element can be measured by the acceleration of the shaft and vice versa. In this embodiment, the component of the sensor encompassed by the groove nut is formed by a sensor element for measuring the acceleration. The sensor element is firmly connected to the groove nut. The sensor element is preferably arranged in a cavity in the groove nut or on a surface of the groove nut.
Das Sensorelement kann beispielsweise durch ein MEMS oder durch ein piezoelektrisches Sensorelement gebildet sein.The sensor element can be formed for example by a MEMS or by a piezoelectric sensor element.
Diese Ausführungsform der Nutmutter kann weiterhin ein Übertragungselement umfassen, welches zur Übertragung eines Signals des Sensorelementes dient. Das Übertragungselement kann beispielsweise durch ein Kabel oder durch einen Sender mit Antenne gebildet sein. This embodiment of the groove nut may further comprise a transmission element which serves to transmit a signal of the sensor element. The transmission element can be formed for example by a cable or by a transmitter with antenna.
Diese Ausführungsform der Nutmutter kann weiterhin eine Auswerteelektronik umfassen, welche zur Auswertung eines Signals des Sensorelementes dient. Die Auswerteelektronik kann in einem Hohlraum in der Nutmutter oder an einer Oberfläche der Nutmutter angeordnet sein. Die Auswerteelektronik kann einen Mikroprozessor und elektronische Schnittstellen umfassen.This embodiment of the groove nut may further comprise an evaluation, which serves to evaluate a signal of the sensor element. The evaluation can be arranged in a cavity in the groove nut or on a surface of the groove nut. The transmitter may include a microprocessor and electronic interfaces.
Eine erste erfindungsgemäße Anordnung dient zur Messung einer Kraft, welche axial auf ein auf einer Welle angeordnetes Maschinenelement wirkt. Die Anordnung umfasst eine erfindungsgemäße Nutmutter gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Folglich ist die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors durch ein Messgrößenwandlungselement gebildet. Die Anordnung umfasst weiterhin ein Sensorelement zur Messung der Verformung der Nutmutter. Dieses Sensorelement ist bevorzugt fest mit einem die Welle tragenden Trägerelement verbunden und steht dem Messgrößenwandlungselement gegenüber. Beispiele für die Ausführung des Sensorelementes sind in der Beschreibung der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutmutter angegeben. Im Übrigen zeigt die Nutmutter der erfindungsgemäßen Anordnung bevorzugt auch diejenigen Merkmale, die als bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Nutmutter angegeben sind.A first arrangement according to the invention serves to measure a force which acts axially on a machine element arranged on a shaft. The arrangement comprises a groove nut according to the invention according to the first preferred embodiment. Consequently, the component of the sensor encompassed by the slot nut is formed by a measured variable conversion element. The arrangement further comprises a sensor element for measuring the deformation of the groove nut. This sensor element is preferably fixedly connected to a carrier element carrying the shaft and faces the measured variable conversion element. Examples of the design of the sensor element are given in the description of the first preferred embodiment of the groove nut according to the invention. Incidentally, the groove nut of the arrangement according to the invention preferably also shows those features which are indicated as preferred features of the groove nut according to the invention.
Eine zweite erfindungsgemäße Anordnung dient zur Messung einer Temperatur eines auf euer Welle angeordneten Maschinenelementes. Die Anordnung umfasst eine erfindungsgemäße Nutmutter gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Folglich ist die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors durch ein Sensorelement zur Messung der Temperatur gebildet. Die Anordnung umfasst weiterhin ein Übertragungselement zur Übertragung eines Signals des Sensorelementes. Beispiele für die Ausführung des Sensorelementes sind in der Beschreibung der zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutmutter angegeben. Im Übrigen zeigt die Nutmutter der erfindungsgemäßen Anordnung bevorzugt auch diejenigen Merkmale, die als bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Nutmutter angegeben sind. Die Anordnung umfasst weiterhin bevorzugt ein thermisches Kopplungselement zur thermischen Kopplung der Nutmutter an das Maschinenelement. Das Kopplungselement ist beispielsweise durch Wärmeleitpaste gebildet.A second arrangement according to the invention serves to measure a temperature of a machine element arranged on your shaft. The arrangement comprises a groove nut according to the invention according to the second preferred embodiment. Consequently, the component of the sensor comprised by the slot nut is formed by a sensor element for measuring the temperature. The arrangement further comprises a transmission element for transmitting a signal of the sensor element. Examples of the design of the sensor element are given in the description of the second preferred embodiment of the groove nut according to the invention. Incidentally, the groove nut of the arrangement according to the invention preferably also shows those features which are indicated as preferred features of the groove nut according to the invention. The arrangement further preferably comprises a thermal coupling element for the thermal coupling of the groove nut to the machine element. The coupling element is formed for example by thermal paste.
Eine dritte erfindungsgemäße Anordnung dient zur Messung einer Drehzahl eines Maschinenelementes oder einer Drehzahl einer Welle. Die Anordnung umfasst eine erfindungsgemäße Nutmutter gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform. Folglich ist die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors durch eine Maßverkörperung gebildet, welche eine Umdrehung des Maschinenelementes verkörpert. Die Anordnung umfasst weiterhin ein Sensorelement, welches drehfest mit einem die Welle tragenden Trägerelement verbunden ist und der Maßverkörperung gegenübersteht. Das Sensorelement ermöglicht es, Drehungen der mit der Maßverkörperung versehenen Nutmutter zu erfassen. Insofern die Maßverkörperung durch einen äußeren Umfang der Nutmutter gebildet ist, in welchen axial ausgerichtete Nuten in ein ferromagnetisches Material der Nutmutter eingebracht sind, so ist das Sensorelement bevorzugt durch ein Hall-Sensorelement, durch ein magnetoresistives Sensorelement oder durch ein Wirbelstromsensorelement gebildet. Insofern die Maßverkörperung durch einen Magnetisierungsbereich gebildet ist, welcher sich auf einem äußeren Umfang der Nutmutter umfänglich erstreckt und eine alterierende Nord-Süd-Polarisierung aufweist, so ist das Sensorelement ebenfalls bevorzugt durch ein Hall-Sensorelement, durch ein magnetoresistives Sensorelement oder durch ein Wirbelstromsensorelement gebildet. Insofern die Maßverkörperung durch einen optischen Inkrementalgeber gebildet ist, so ist das Sensorelement bevorzugt durch ein optisches Sensorelement gebildet. Im Übrigen zeigt die Nutmutter der erfindungsgemäßen Anordnung bevorzugt auch diejenigen Merkmale, die als bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Nutmutter angegeben sind.A third arrangement according to the invention is used to measure a rotational speed of a machine element or a rotational speed of a shaft. The arrangement comprises a groove nut according to the invention according to the third preferred embodiment. Consequently, the component of the sensor encompassed by the slot nut is formed by a material measure which represents one revolution of the machine element. The arrangement further comprises a sensor element, which is non-rotatably connected to a carrier element supporting the shaft and facing the material measure. The sensor element makes it possible to detect rotations of the groove nut provided with the material measure. Insofar as the material measure is formed by an outer circumference of the groove nut in which axially aligned grooves are introduced into a ferromagnetic material of the groove nut, the sensor element is preferably formed by a Hall sensor element, by a magnetoresistive sensor element or by an eddy current sensor element. Insofar as the material measure is formed by a magnetization region which extends circumferentially on an outer circumference of the groove nut and has an altering north-south polarization, the sensor element is likewise preferably formed by a Hall sensor element, by a magnetoresistive sensor element or by an eddy current sensor element , Insofar as the material measure is formed by an optical incremental encoder, the sensor element is preferably formed by an optical sensor element. Incidentally, the groove nut of the arrangement according to the invention preferably also shows those features which are indicated as preferred features of the groove nut according to the invention.
Eine vierte erfindungsgemäße Anordnung dient zur Messung einer Beschleunigung eines Maschinenelementes oder einer Beschleunigung einer Welle. Die Anordnung umfasst eine erfindungsgemäße Nutmutter gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform. Folglich ist die von der Nutmutter umfasste Komponente des Sensors durch ein Sensorelement zur Messung der Beschleunigung gebildet. Die Anordnung umfasst weiterhin ein Übertragungselement zur Übertragung eines Signals des Sensorelementes. Beispiele für die Ausführung des Sensorelementes sind in der Beschreibung der vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nutmutter angegeben. Im Übrigen zeigt die Nutmutter der erfindungsgemäßen Anordnung bevorzugt auch diejenigen Merkmale, die als bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Nutmutter angegeben sind.A fourth arrangement according to the invention is used to measure an acceleration of a machine element or an acceleration of a shaft. The arrangement comprises a groove nut according to the fourth preferred embodiment according to the invention. Consequently, the component of the sensor encompassed by the groove nut is formed by a sensor element for measuring the acceleration. The arrangement further comprises a transmission element for transmitting a signal of the sensor element. Examples of the embodiment of the sensor element are given in the description of the fourth preferred embodiment of the groove nut according to the invention. Incidentally, the groove nut of the arrangement according to the invention preferably also shows those features which are indicated as preferred features of the groove nut according to the invention.
Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen betrifft alle vier der erfindungsgemäßen Anordnungen.The following description of preferred embodiments relates to all four of the inventive arrangements.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnungen umfassen die Anordnungen jeweils auch das Maschinenelement, welches bevorzugt durch ein Wälzlager, insbesondere durch einen Innenring des Wälzlagers gebildet ist. Weiterhin umfassen diese Ausführungsformen auch die Welle, auf welcher das Wälzlager mit seinem Innenring befestigt ist. Die Nutmutter ist auf die Welle aufgeschraubt und sichert das Wälzlager axial ab. Bevorzugt ist die Nutmutter als eine Verdrehsicherung ausgebildet, sodass sich der Innenring nicht unbeabsichtigt auf der Welle drehen kann.In preferred embodiments of the arrangements according to the invention, the arrangements also each include the machine element, which is preferably formed by a rolling bearing, in particular by an inner ring of the rolling bearing. Furthermore, these embodiments also include the shaft on which the rolling bearing with his Inner ring is attached. The groove nut is screwed onto the shaft and secures the rolling bearing axially. Preferably, the groove nut is designed as an anti-rotation, so that the inner ring can not rotate unintentionally on the shaft.
Bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnungen, bei denen ein Sensorelement beabstandet zur Nutmutter angeordnet ist, ist das Sensorelement bevorzugt auf einem Funktionsträger angeordnet, welcher drehfest mit einem Außenring des Wälzlagers verbunden ist. Hierfür weist der Funktionsträger einen Stift oder einen Bolzen auf, welcher in eine Ausnehmung im Außenring des Wälzlagers ragt. Der Funktionsträger kann auch einen weiteren Stift oder Bolzen aufweisen, welcher in eine Ausnehmung in einer Abdeckkappe o. ä. ragt, die drehfest mit dem Außenring bzw. mit einem die Welle tragenden Trägerelement verbunden ist. Auf dem Funktionsträger kann auch eine Auswerteelektronik angeordnet sein, die zur Auswertung eines Signals des Sensorelementes dient. Die Auswerteelektronik kann einen Mikroprozessor und elektronische Schnittstellen umfassen.In embodiments of the arrangements according to the invention, in which a sensor element is arranged at a distance from the slot nut, the sensor element is preferably arranged on a function carrier which is non-rotatably connected to an outer ring of the rolling bearing. For this purpose, the function carrier on a pin or a bolt which projects into a recess in the outer ring of the rolling bearing. The function carrier can also have a further pin or bolt, which protrudes into a recess in a cap o. Ä., Which is non-rotatably connected to the outer ring or with a support member supporting the shaft. On the function carrier and an evaluation can be arranged, which serves to evaluate a signal of the sensor element. The transmitter may include a microprocessor and electronic interfaces.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the arrangement according to the invention, with reference to the drawing. Show it:
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Zwischen dem Außenring
Auf dem Funktionsträger
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Wellewave
- 0202
- Trägerelementsupport element
- 0303
- Kugellagerball-bearing
- 0404
- Innenringinner ring
- 0505
- 0505
- Außenringouter ring
- 0707
- Nutmutterlocknut
- 0808
- Dichtungpoetry
- 0909
- Verschlussringlock ring
- 1010
- 1111
- TellerfederBelleville spring
- 1212
- Funktionsträgerofficials
- 1313
- MagnetfeldsensorelementMagnetic field sensor element
- 1414
- Stiftpen
- 1515
- 1616
- Sicherungsnutensecuring grooves
- 1717
- Nuten (Maßverkörperung)Grooves (measuring scale)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102006025556 A1 [0006] DE 102006025556 A1 [0006]
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