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Die vorliegende Erfindung betrifft ein ringförmiges Verbindungselement zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Elektronikmodulen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Elektronikmodulanordnung zum Einbau in einen zylindrischen Bauraum sowie eine Wälzlageranordnung mit einem derartigen Verbindungselement.
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Der Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Verbindungselements und der Elektronikmodulanordnung bezieht sich auf Anwendungen, bei denen Elektronikmodule, die unterschiedliche Funktionen realisieren können, in zylindrischen Bauräumen eingebaut werden sollen. Der Bauraum ist hierbei durch die Parameter Innendurchmesser, Außendurchmesser und Höhe eindeutig beschrieben. Ein Elektronikmodul ist definiert durch seine äußere Geometrie, seine Kontaktierung und Funktionalität. Elektronikmodule sind beispielsweise Sensoren, Aktuatoren, Signalverarbeitungseinrichtungen und Datenspeicherungseinrichtungen.
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Die
DE 1 283 310 zeigt eine Platine mit aufgelötetem Steckverbinder, in den eine weitere Platine eingesteckt werden kann. Diese Lösung erfordert einen verhältnismäßig großen Bauraum, da der Steckverbinder selbst an eine der Platinen kontaktiert werden muss. Kontakte und das Gehäuse für die Steckverbindung zur weiteren Platine nehmen zusätzlichen Bauraum ein.
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Die
WO 2013/050801 A1 zeigt eine Sensoranordnung zum Einbau in einen Wälzlagerbauraum mit einem Sensorkörper und mehreren Sensorzellen. Jede Sensorzelle ist mit einem Verbindungselement verbunden, welcher am Sensorkörper befestigt ist. Mittels Verbindungselement erfolgt die Stromversorgung der Sensorzellen sowie die Übermittlung der Sensordaten. Das Verbindungselement umfasst Verbindungskontakte mit elastisch verformbaren Steckern zur Realisierung einer Pressverbindung mit dem Verbindungselement. Die Verbindungskontakte weisen weiterhin elastisch verformbare Buchsen zum Herstellen einer Pressverbindung mit einer Sensorzelle auf. Diese Lösung erfordert einen erhöhten Platzbedarf in axialer Richtung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verbindungselement zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Elektronikmodulen zur Verfügung zu stellen, welches einen möglichst geringen Bauraum, insbesondere in axialer Richtung, benötigt. Das Verbindungselement soll eine Integration der miteinander verbundenen Elektronikmodule in zylindrische Bauräume ermöglichen. Des Weiteren soll auch eine Elektronikmodulanordnung sowie eine Wälzlageranordnung mit einer eingebauten Elektronikmodulanordnung zur Verfügung gestellt werden.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient zunächst ein Verbindungselement gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Verbindungselement umfasst ein Basisteil mit einem kreisringförmigen oder teilkreisringförmigen Querschnitt. In das Basisteil ist mindestens eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Ausnehmung zur Aufnahme eines Elektronikmoduls eingebracht. Am Basisteil sind des Weiteren elektrische Kontaktstellen zum Verbinden des Verbindungselements mit elektrischen Kontaktstellen des Elektronikmoduls angeordnet. Das Basisteil besitzt weiterhin elektrische Verbindungen zur Strom- und Signalführung zu den Elektronikmodulen bzw. bei Verwendung mehrerer Elektronikmodule zur Verbindung der Elektronikmodule untereinander, wodurch ein Strom- und Signalaustausch zwischen den einzelnen Elektronikmodulen bzw. mit anderen Komponenten ermöglicht wird. Die elektrischen Verbindungen können im einfachsten Fall als feste Leiterbahnen gestaltet sein. Für eine verbesserte Variabilität können die Verbindungen auch variabel ausgewählt werden, beispielsweise durch das vorsehen von Leiterbrücken, Lötstellen oder ähnlichen anpassbaren Abschnitten.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass durch die verwendeten Ausnehmungen zur Aufnahme von Elektronikmodulen, in radialer Richtung Bauraum beispielsweise für eine durchgeführte Achse eingespart werden kann, da die Elektronikmodule in die Dicke des Verbindungselements hinein versenkt werden können. Über das Verbindungselement können beliebig viele Elektronikmodule aufwandsarm sowohl elektrisch als auch mechanisch miteinander verbunden werden.
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Das Verbindungselement kann neben mechanischen Schnittstellen und elektrischen Schnittstellen vorzugsweise auch Funktionsschnittstellen und/oder stoffliche Schnittstellen aufweisen, welche kompatibel zu entsprechenden Schnittstellen der Elektronikmodule oder anderer Komponenten sind.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verbindungselement eine flächige Verteilerstruktur aus einem elektrisch leitenden Material zum elektrischen und mechanischen Verbinden der elektrischen Kontaktstellen des Verbindungselements mit den Kontaktstellen des Elektronikmoduls, wobei die Verteilerstruktur ein Anschließen von auf unterschiedlichen Positionen angeordneten Kontaktstellen des Elektronikmoduls ermöglicht.
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Die Verteilerstruktur ist vorzugsweise als ein aus einem Metallband gestanztes Stanzgitter ausgeführt, wobei die Metallstreifen als Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung von an der Verteilerstruktur angeschlossenen Komponenten dienen. Eine unterschiedliche Positionierung der Kontaktstellen an Elektronikmodulen ist zuweilen technisch notwendig. Die Elektronikmodule sollen dennoch an beliebigen Stellen des Verbindungselements montiert werden können. Zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Verteilerstruktur und Elektronikmodul werden die Kontaktstellen des Elektronikmoduls auf geeignete Art und Weise, beispielsweise über eine Lötverbindung, an der Verteilerstruktur befestigt. Die Verteilerstruktur weist vorzugsweise Anschlusskontakte auf, welche mit den Kontaktstellen des Verbindungselements verbunden sind. Mittels der Verteilerstruktur wird eine Schnittstelle zur Verfügung gestellt, die die Verwendung von Elektronikmodulen mit unterschiedlich positionierten Kontaktstellen ermöglicht. Ggf. können unterschiedliche Verteilerstrukturen vorgehalten werden, welche mit bestimmten Elektronikmodulen kombinierbar sind.
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Das Verbindungselement ist vorzugsweise als Leiterplatte ausgeführt.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin auch durch eine Elektronikmodulanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 6 gelöst. Die erfindungsgemäße Elektronikmodulanordnung umfasst ein Verbindungselement der oben beschriebenen Art sowie ein in einer Ausnehmung des Verbindungselements angeordnetes Elektronikmodul. Vorzugsweise wird die Elektronikmodulanordnung jedoch mehrere Elektronikmodule umfassen. Die maximal mögliche Anzahl der Elektronikmodule entspricht hierbei der Anzahl der Ausnehmungen im Verbindungselement.
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Erfindungsgemäß lassen sich Elektronikmodule beliebig miteinander kombinieren, wodurch die Elektronikmodulanordnung in zahlreichen Produktvarianten Verwendung finden kann. Auf diese Weise kann ein modulares System für vielfältige Einsatzzwecke zur Verfügung gestellt werden.
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Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Elektronikmodulanordnung mit Positionselementen zur mechanischen Positionierung des Elektronikmoduls in einem Träger zu versehen. Hierdurch lassen sich Elektronikmodule aufwandsarm auf bestimmten, für ihre Funktion maßgeblichen radialen Abständen positionieren. Die Positionselemente sind mechanisch mit den Elektronikmodulen verbunden. Bei Montage des Elektronikmoduls in der Ausnehmung des Verbindungselements greifen die Positionselemente in eine entsprechend gestaltete Halterung des Trägers ein, wodurch eine einheitliche Positionierung des Elektronikmoduls im Träger realisiert werden kann.
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Die Positionselemente können gleichzeitig auch die elektrischen Kontaktstellen der Verbindungselemente tragen und somit zusätzlich zur mechanischen Positionierung auch zum Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen Elektronikmodul und Verbindungselement dienen.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Elektronikmodulanordnung mit einem im Durchmesser an den zylindrischen Bauraum angepassten holzylindrischen Träger auszustatten, welcher in den Bauraum einsetzbar ist. Das Verbindungselement ist in Umfangsrichtung im Träger angeordnet. Der Träger übernimmt dabei ausschließlich die Aufgabe der mechanischen Befestigung des Verbindungselements relativ zur Rotationsachse des zylindrischen Bauraums. Mittels Träger kann eine feste örtliche Positionierung des Verbindungselements und damit auch der Elektronikmodule relativ zum Träger in allen Freiheitsgraden realisiert werden. Zur Anpassung an verschiedene Bauraumdurchmesser können an die üblicherweise vorliegenden Bauräume angepasste Träger mit verschiedenen Durchmessern vorgehalten werden, welche bedarfsweise mit den für den jeweiligen Einsatzzweck erforderlichen, mittels Verbindungselement verbunden Elektronikmodulen kombiniert werden können.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient auch eine Wälzlageranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 10. Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung umfasst ein Wälzlager mit zwei konzentrischen Lagerringen und zwischen den Lagerringen in einem Wälzkörperraum angeordnete Wälzkörper sowie eine im Wälzlagerbauraum angeordnete Elektronikmodulanordnung der oben beschriebenen Art.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Verbindungselement in vereinfachter Querschnittsansicht;
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2 eine Seitenansicht eines Elektronikmoduls in einer ersten Ausführungsform;
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3 eine Aufsicht des Elektronikmoduls gemäß 2;
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4 das Elektronikmodul in einer zweiten Ausführungsform;
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5 eine erfindungsgemäße Elektronikmodulanordnung in einer ersten Ausführungsform in vereinfachter Querschnittsansicht;
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6 die erfindungsgemäße Elektronikmodulanordnung in einer zweiten Ausführungsform in vereinfachter Querschnittsansicht;
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7 die erfindungsgemäße Elektronikmodulanordnung in einer dritten Ausführungsform in vereinfachter Querschnittsansicht.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verbindungselement 01. Das Verbindungselement 01 umfasst ein Basisteil 02, welches in der gezeigten Ausführung einen teilkreisringförmigen Querschnitt aufweist. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann das Basisteil 02 auch einen kreisringförmigen Querschnitt besitzen. Das Basisteil 02 kann beispielsweise als Leiterplatte ausgeführt sein. In das Basisteil 02 ist eine Ausnehmung 03 eingebracht, welche sich in Umfangsrichtung des Basisteils 02 erstreckt. Die Ausnehmung 03 dient zur Aufnahme eines Elektronikmoduls 04 (siehe 2) und besitzt vorzugsweise eine ebene Grundfläche, sodass dort ein ebenes Elektronikmodul 04 im wesentlichen vollflächig zur Auflage kommen kann.
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1 zeigt zwar lediglich eine einzige Ausnehmung 03 zur Aufnahme eines Elektronikmoduls 04. Das Verbindungselement 01 weist jedoch vorzugsweise mehrere Ausnehmungen 03 auf und dient somit bevorzugt zur Halterung mehrere Elektronikmodule 01. Die maximal mögliche Anzahl von Elektronikmodulen 04 entspricht der Anzahl der Ausnehmungen 03 im Verbindungselement 01. Die Ausnehmungen 03 sparen in radialer Richtung Bauraum, da die Elektronikmodule 04 in die Dicke des Verbindungselements 01 zumindest teilweise versenkt werden können. Im Bereich der Ausnehmung 03 sind elektrische Kontaktstellen 05 angeordnet. Diese Kontaktstellen 05 dienen zum Verbinden des Verbindungselements 01 mit elektrischen Kontaktstellen 07 des Elektronikmoduls 04. Die elektrischen Kontaktstellen 05 des Verbindungselements sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie in gewissen Grenzen eine freie radiale Positionierung oder Verlagerung der Kontaktstellen 07 der Elektronikmodule 04 ermöglichen, beispielsweise indem sie gegen eine Federkraft in radialer Richtung in das Material des Basisteils 02 verschoben werden können.
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Das Verbindungselement 01 umfasst weiterhin elektrische Verbindungen (nicht dargestellt) zur Strom- und Signalführung zum Elektronikmodul 04. Bei Verwendung von mehreren Elektronikmodulen 04 dienen die elektrischen Verbindungen auch zum Verbinden der Elektronikmodule 04 untereinander.
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2 zeigt eine Seitenansicht des Elektronikmoduls 04 in einer ersten Ausführungsform, während 3 eine Aufsicht des Elektronikmoduls 04 zeigt. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Elektronikmodul 04 quaderförmig ausgebildet. Alle Kanten des Quaders sind vorzugsweise kleiner als 15 mm, wobei keine Einschränkung auf Elektronikmodule 04 in dieser Größe erfolgen soll. Es sind bedarfsweise durchaus auch größere Elektronikmodule 04 möglich.
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Das Elektronikmodul 04 weist auf einer seiner Flächen, die bei der Montage zu der Ausnehmung 03 des Basisteils 02 gerichtet ist, elektrische Kontaktstellen 07 auf. Die elektrischen Kontaktstellen 07 besitzen nach einer vorteilhaften Ausführungsform einen quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt. Sie bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Werkstoff. Die elektrischen Kontaktstellen 07 können auch mittels einer auf die Stirnfläche des Elektronikmoduls 04 abschnittsweise aufgebrachten elektrisch leitenden Beschichtung realisiert sein.
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Elektronikmoduls 04, welche sich lediglich durch Anordnung und Ausführung der elektrischen Kontaktstellen 07 von der in 2 gezeigten unterscheidet.
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5 zeigt eine erfindungsgemäße Elektronikmodulanordnung 08 in einer ersten Ausführungsform. Die Elektronikmodulanordnung 08 umfasst das Verbindungselement 01 sowie das in der Ausnehmung 03 angeordnete Elektronikmodul 04. Die elektrischen Kontaktstellen 07 des Elektronikmoduls 04 sind mit den elektrischen Kontaktstellen 05 des Verbindungselements 01 verbunden. Die mechanische Befestigung des Elektronikmoduls 04 in der Ausnehmung 03 erfolgt beispielsweise durch ein Haftmittel, einen Kleber, eine magnetische Halterung oder durch Einklemmen.
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Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektronikmodulanordnung 08 ist in 6 dargestellt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Ausführung wird hier eine zusätzliche Verteilerstruktur 09 aus einem elektrisch leitenden Material verwendet. Die Verteilerstruktur 09 ist vorzugsweise als ein aus einem Metallband gestanztes Stanzgitter ausgeführt. Die Metallstreifen dienen als Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung von an der Verteilerstruktur 09 angeschlossenen Komponenten. An die Verteilerstruktur 09 können Kontaktstellen 07 von Elektronikmodulen 04, welche auf unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, angeschlossen werden. Die Verteilerstruktur 09 weist vorzugsweise Anschlusskontakte auf, welche mit den Kontaktstellen 05 des Verbindungselements 01 verbunden sind. Durch die Verteilerstruktur 09 können Elektronikmodule 04 angeschlossen werden, welche unterschiedlich positionierte Verdrahtungsebenen aufweisen.
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Die gezeigte Ausführungsform verwendet weiterhin zusätzliche Positionselemente 10 zur mechanischen Positionierung des Elektronikmoduls 04 in einem Träger 12. Die Positionselemente 10 sind mechanisch mit dem Elektronikmodul 04 verbunden. Zur Montage des Elektronikmoduls 04 wird das Elektronikmodul 04 in die Ausnehmung 03 des Verbindungselements 01 eingebracht. Hierbei greifen die Positionselemente 10 in eine entsprechend gestaltete Halterung des Trägers 12 ein, wodurch eine Positionierung des Elektronikmoduls 04 erfolgt.
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Mechanischer Stress aufgrund von Montagetoleranzen bzw. während des Montagevorgangs an den Kontaktstellen 05, 07 von Verbindungselement 01 und Elektronikmodul 04 kann verringert werden, wenn zuerst das Elektronikmodul 04 im Träger 12 montiert wird und erst anschließend die Montage des Verbindungselements 01 erfolgt. Abschließend würden die Kontaktstellen 05, 07 miteinander verbunden werden.
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7 zeigt die erfindungsgemäße Elektronikmodulanordnung 08 in einer dritten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform dienen die Positionselemente 10 gleichzeitig als elektrische Kontaktstellen 05 des Verbindungselements 01 und sorgen somit nicht nur für die mechanische Positionierung des Elektronikmoduls 04, sondern gleichzeitig auch für dessen elektrische Anbindung.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Verbindungselement
- 02
- Basisteil
- 03
- Ausnehmung
- 04
- Elektronikmodul
- 05
- elektrische Kontaktstellen Verbindungselement
- 06
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- 07
- elektrische Kontaktstellen Elektronikmodul
- 08
- Elektronikmodulanordnung
- 09
- Verteilerstruktur
- 10
- Positionselemente
- 11
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- 12
- Träger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1283310 [0003]
- WO 2013/050801 A1 [0004]
