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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorlager mit einem Feuchtigkeitsmessmodul.
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Die
DE 101 36 438 A1 lehrt eine Sensoranordnung in einem Wälzlager, bei welcher mehrere Sensorelemente in Lagerschalen des Wälzlagers integriert sind. Die Sensorelemente können über einen Digitalbus angeschlossen sein.
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Aus der
DE 10 2009 037 424 A1 ist eine Lageranordnung mit einem Schmiermittelsensor bekannt, welcher Informationen über den Zustand des Schmiermittels an eine zentrale Empfangsstation sendet.
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Die
DE 10 2009 021 469 A1 zeigt eine Sensorlagereinheit umfassend ein Wälzlager mit einem an einem Lagerring angeordneten Sensorgehäuse mit einer integrierten Sensoreinrichtung zum Erfassen von Lagerbetriebszuständen. Das Sensorgehäuse ist als ein Adapterring ausgebildet. Der Adapterring ist so bemessen, dass die radialen bzw. axialen Abmessungen der Sensorlagereinheit höchstens gleich denjenigen eines Kugellagers mit gleicher Tragleistung sind.
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Die
DE 10 2012 202 522 A1 beschreibt ein Sensorlager mit einem Wälzlager. Das Wälzlager umfasst einen Innenring, einen Außenring und dazwischen angeordnete Wälzkörper. Das Sensorlager beinhaltet weiterhin mindestens einen Messaufnehmer zur Messung der auf die Wälzkörper wirkenden Kräfte sowie eine Kommunikationseinrichtung, welche einen Datenaustausch zwischen dem Messaufnehmer und einem Signalempfänger erlaubt.
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Aus der
DE 100 64 420 B4 ist eine Vorrichtung zur dezentralen Erfassung und Auswertung von physikalischen Ereignissen bekannt, bei welcher Messelemente über ein internes Bussystem programmierbar sind.
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Die
DE 199 52 602 C1 beschreibt eine Lageranordnung mit Mitteln zur Messung von Feuchtigkeit, um eine Überschmierung des Lagers zu verhindern.
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Die
DE 101 52 999 C2 beschreibt einen Sensor zur Detektion einer Beschlagneigung an einer Scheibe mit einem Sensorgehäuse, in das eine Metallplatte eingebunden ist, die mit dem feuchteempfindlichen Sensor thermisch verbunden ist.
Die
DE 10 2010 013 934 A1 beschreibt ein Lager mit einem Sensor, der in einer Dichtung integriert ist, und mit einer mechanischen Schnittstelle, die über einen Pressitz-Außendurchmesser des Trägerblechs der Dichtung gegeben ist und durch eine äußere Form des Gehäuses und der Dichtung definiert ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Möglichkeiten eines Condition Monitoring von mechanischen Lagern zu erweitern.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Sensorlager mit einem Feuchtigkeitsmessmodul gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
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Das Feuchtigkeitsmessmodul des erfindungsgemäßen Sensorlagers dient zur Messung einer Feuchtigkeit in bzw. an einem mechanischen Lager. Das Lager dient zum Lagern eines ersten Maschinenelementes gegenüber einem zweiten Maschinenelement. Bei dem mechanischen Lager handelt es sich bevorzugt um ein Wälzlager, um ein Linearlager oder um ein Gleitlager. Das Feuchtigkeitsmessmodul ist dazu ausgebildet, in das Lager integriert oder nahe dem Lager angeordnet zu werden, wodurch das Lager zu einem Sensorlager erweitert wird. In dem erfindungsgemäßen Sensorlager sind die mit dem Feuchtigkeitsmessmodul zu messende Feuchtigkeit und ggf. weitere physikalische Größen während des Betriebes des mechanischen Lagers am mechanischen Lager messbar. Von der zu messenden Feuchtigkeit kann auf verschiedene Ereignisse geschlossen werden, wie z. B. auf einen Wassereinbruch im Lager, sodass das erfindungsgemäße Feuchtigkeitsmessmodul auch ein Wassereinbruchsdetektionsmodul bildet. Die zu messende Feuchtigkeit ist insbesondere durch einen Wassergehalt eines Mediums bestimmt, beispielweise durch den Wassergehalt eines ansonsten mit Luft gefüllten Hohlraumes im Lager.
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Das Feuchtigkeitsmessmodul umfasst erfindungsgemäß einen Feuchtigkeitssensor zur Messung der Feuchtigkeit im Lager oder am Lager. Diese zu messende Feuchtigkeit stellt eine Lagerzustandsgröße dar. Die zu messende Feuchtigkeit kann innerhalb des Lagers, zwischen einer Komponente des Lagers und einem äußeren Element oder zwischen Elementen in einer Umgebung des Lagers ausgebildet sein.
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Das Feuchtigkeitsmessmodul umfasst erfindungsgemäß eine elektrische Schnittstelle zur Ausgabe eines Feuchtigkeitsmesssignals an ein Infrastrukturmodul. Das Feuchtigkeitsmesssignal wird unmittelbar oder mittelbar mit dem Feuchtigkeitssensor gewonnen. Bei dem Feuchtigkeitsmesssignal handelt es sich bevorzugt um ein Ausgangssignal des Feuchtigkeitssensors oder alternativ bevorzugt um das durch eine Messsignalvorverarbeitung vorverarbeitete Ausgangssignal des Feuchtigkeitssensors. Das Feuchtigkeitsmesssignal kann analog sein. Die elektrische Schnittstelle ist aber bevorzugt zur Datenübertragung ausgebildet, um das Feuchtigkeitsmesssignal in Form von digitalen Daten auszugeben. Hierfür umfasst die elektrische Schnittstelle bevorzugt einen Datenbus, z. B. einen I²C-Datenbus. Die elektrische Schnittstelle ist weiterhin bevorzugt zur Übertragung einer Versorgungsspannung zur elektrischen Versorgung des Feuchtigkeitsmessmoduls ausgebildet. Die elektrische Schnittstelle ist weiterhin bevorzugt zur Übertragung von Steuerdaten zur Steuerung des Feuchtigkeitsmessmoduls ausgebildet. Das Infrastrukturmodul ist zur Realisierung von Kommunikationsaufgaben und/oder zur Speicherung und/oder Verarbeitung des Feuchtigkeitsmesssignals ausgebildet. Es weist eine elektrische Schnittstelle auf, über welche es mit dem Feuchtigkeitsmessmodul elektrisch verbindbar ist. Die elektrische Schnittstelle ist bevorzugt auf einer Anschlussfahne des Feuchtigkeitsmessmoduls ausgebildet. Das Infrastrukturmodul ist bevorzugt zur Anordnung in dem Lager ausgebildet.
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Das Feuchtigkeitsmessmodul umfasst erfindungsgemäß eine mechanische Schnittstelle zur mechanischen Anordnung des Feuchtigkeitsmessmoduls in einer Modulaufnahme des Lagers. Somit kann das Feuchtigkeitsmessmodul in das Lager integriert werden. Das Feuchtigkeitsmessmodul ist bevorzugt in der Modulaufnahme des Lagers befestigbar. Das Feuchtigkeitsmessmodul ist bevorzugt unlösbar in der Modulaufnahme des Lagers befestigbar.
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Ein besonderer Vorteil des Feuchtigkeitsmessmoduls besteht darin, dass es eine flexible Erweiterung eines mechanischen Lagers zur Feuchtigkeitsmessung erlaubt, durch welche die Möglichkeiten eines Condition Monitorings des Lagers oder eines das Lager umgebenden Systems erweitert sind.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorlagers ist der Feuchtigkeitssensor weiterhin zur Detektion von Fett und/oder Öl ausgebildet. Bei dem Fett handelt es sich insbesondere um Schmierfett. Bei dem Öl handelt es sich insbesondere um Schmieröl. Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise ein Versagen einer Dichtung des Lagers, ein Schmiermittelverlust und/oder eine Überschmierung des Lagers mit dem Feuchtigkeitsmessmodul erkannt werden.
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Das erfindungsgemäße Sensorlager umfasst ein Gehäuse, in welchem der Feuchtigkeitssensor zumindest teilweise angeordnet ist und an welchem die mechanische Schnittstelle ausgebildet ist, wobei die mechanische Schnittstelle durch eine äußere Form des Gehäuses definiert ist. Die mechanische Schnittstelle umfasst bevorzugt Befestigungselemente am Gehäuse.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsmessmoduls umfassen weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit, die für verschiedene Funktionen ausgebildet sein kann. Die Signalverarbeitungseinheit ist bevorzugt zur Messsignalvorverarbeitung des Ausgangsignals des Feuchtigkeitssensors ausgebildet, sodass die Signalverarbeitungseinheit zur Ausgabe des Feuchtigkeitsmesssignals an die elektrische Schnittstelle ausgebildet ist.
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Die Signalverarbeitungseinheit ist bevorzugt gemeinsam mit dem Feuchtigkeitssensor im Gehäuse angeordnet. Somit bildet das Feuchtigkeitsmessmodul ein kompaktes Modul, welches bereits die Signalverarbeitung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß umfasst der Feuchtigkeitssensor mindestens zwei Elektroden, die vollständig im Gehäuse angeordnet sind, wobei das Gehäuse mindestens eine Öffnung aufweist, über welche die zu messende Feuchtigkeit zu den Elektroden gelangen kann. Die Öffnung des Gehäuses ist durch eine Kapillare gebildet, welche von außerhalb des Gehäuses zu den Elektroden reicht. Die Öffnung des Gehäuses ist mit einem saugfähigen Material gefüllt, um die Feuchtigkeit von außerhalb des Gehäuses zu den Elektroden zu leiten.
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Die Signalverarbeitungseinheit ist bevorzugt zur Messung eines ohmschen Widerstandes und/oder einer Kapazität zwischen den beiden Elektroden ausgebildet. Somit kann eine ohmsche oder kapazitive Messung der Feuchtigkeit erfolgen.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsmessmoduls umfassen weiterhin einen saugfähigen Saugkörper zum Ansaugen der Flüssigkeit. Der Saugkörper ist bevorzugt zum Ansaugen von Wasser, Schmierfett und/oder Schmieröl ausgebildet. Der Saugkörper ist bevorzugt an einer Außenseite des Gehäuses angeordnet. Bevorzugt umgibt der Saugkörper die Elektroden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Sensorlager handelt es sich um ein mechanische Lager, welches um eine Sensorik einschließlich der für den Betrieb der Sensorik notwendigen Komponenten ergänzt ist, sodass mindestens eine physikalische Größe während des Betriebes des mechanischen Lagers am mechanischen Lager messbar ist. Zur Erweiterung des mechanischen Lagers zum Sensorlager sind aus einem Sensorsatz mehrere Module auszuwählen und am mechanischen Lager anzuordnen. Bei dem mechanischen Lager handelt es sich bevorzugt um ein Wälzlager. Die zu messenden physikalischen Größen umfassen zumindest eine Feuchtigkeit.
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Die Module eines nicht von der Erfindung umfassten Sensorsatzes umfassen eine Mehrzahl von Funktionsmodulen zum Messen von Lagerzustandsgrößen und/oder zum Auslösen und/oder Aktivieren vorgegebener Ereignisse unter vorgegebenen Bedingungen. Die verschiedenen Funktionsmodule weisen jeweils eine elektrische Schnittstelle auf, hinsichtlich derer sie kompatibel sind. Somit sind die verschiedenen Funktionsmodule bezüglich ihrer elektrischen Schnittstelle gegeneinander austauschbar. Mindestens eines der Funktionsmodule ist durch ein Feuchtigkeitsmessmodul gebildet, wie es auch Bestandteil des erfindungsgemäßen Sensorlagers ist.
Die Module eines nicht von der Erfindung umfassten Sensorsatzes umfassen weiterhin eine Mehrzahl von Infrastrukturmodulen zur Realisierung von Kommunikationsaufgaben und/oder zur Speicherung und/oder Verarbeitung vorgegebener und/oder erfasster Daten. Die verschiedenen Infrastrukturmodule weisen jeweils eine elektrische Schnittstelle auf, über welche sie mit zumindest mehreren der Funktionsmodule interoperabel sind, sodass die verschiedenen Infrastrukturmodule dazu beitragen, die Funktion der jeweiligen Funktionsmodule zu gewährleisten. Mindestens eines der Infrastrukturmodule ist durch eine Signalauswerteeinheit zur Auswertung des Feuchtigkeitsmesssignals gebildet. Somit steht die Signalauswerteeinheit mit dem Feuchtigkeitsmessmodul in einem funktionellen Zusammenhang. Während das Feuchtigkeitsmessmodul bevorzugt das Feuchtigkeitsmesssignal in Form von vorverarbeiteten Rohdaten zur Verfügung stellt, dient die Signalauswerteeinheit bevorzugt zur Auswertung der vorverarbeiteten Rohdaten. Diese beiden Funktionen werden somit nicht durch ein einziges Modul, sondern durch zwei Module, d. h. in zwei verschiedenen baulichen Einheiten realisiert. Die elektrische Schnittstelle der Signalauswerteeinheit ist zumindest mit der elektrischen Schnittstelle des Feuchtigkeitsmessmoduls interoperabel.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensorlagers besteht darin, dass er die flexible Erweiterung eines mechanischen Lagers darstellt, durch welche ein Condition Monitoring des Lagers oder eines das Lager umgebenden Systems ermöglicht ist.
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Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorlagers ist die Signalauswerteeinheit auch zur Auswertung von Signalen weiterer Funktionsmodule ausgebildet. Es handelt sich somit um eine gemeinsame Signalauswerteeinheit.
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Erfindungsgemäß weist das Feuchtigkeitsmessmodul eine elektrische Schnittstelle auf.
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Bei einem nicht von der Erfindung umfassten Sensorsatz weist das Feuchtigkeitsmessmodul und mindestens ein weiteres der Funktionsmodule jeweils eine äußere Form auf, hinsichtlich derer sie kompatibel sind. Somit sind das Feuchtigkeitsmessmodul und das mindestens eine weitere der Funktionsmodule in der Modulaufnahme des Lagers gegeneinander austauschbar. Das Feuchtigkeitsmessmodul und alle weiteren der Funktionsmodule weisen jeweils eine mechanische Schnittstelle auf, hinsichtlich derer sie kompatibel sind.
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Bei einem nicht von der Erfindung umfassten Sensorsatz weisen das Feuchtigkeitsmessmodul und mindestens ein weiteres der Funktionsmodule jeweils mindestens ein Befestigungselement auf, hinsichtlich dessen sie kompatibel sind. Somit sind das Feuchtigkeitsmessmodul und das mindestens eine weitere der Funktionsmodule jeweils innerhalb einer dafür vorgesehenen Modulaufnahme im Lager befestigbar. Das mindestens eine Befestigungselement ist beispielsweise durch einen Stift oder durch eine Schraube gebildet. Bevorzugt weisen das Feuchtigkeitsmessmodul und alle weiteren der Funktionsmodule jeweils mindestens ein Befestigungselement auf, hinsichtlich dessen sie kompatibel sind.
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Bei einem nicht von der Erfindung umfassten Sensorsatz sind das Feuchtigkeitsmessmodul und mindestens ein weiteres der Funktionsmodule jeweils mit der Signalauswerteeinheit interoperabel, sodass sie gemeinsam betreibbar oder auch gegeneinander austauschbar sind. Bevorzugt sind das Feuchtigkeitsmessmodul und alle weiteren der Funktionsmodule jeweils mit der Signalauswerteeinheit interoperabel.
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Die Module des einem nicht von der Erfindung umfassten Sensorsatzes umfassen eine Mehrzahl von Versorgungsmanagementmodulen zur Versorgung von Lagerkomponenten, wobei die zu versorgenden Lagerkomponenten durch Module aus dem Sensorsatz und/oder durch andere Komponenten des mechanischen Lagers gebildet sind. Zumindest mehrere der Versorgungsmanagementmodule sind verschieden. Die Gruppe der Versorgungsmanagementmodule umfasst mindestens ein Modul zur Versorgung von Sensorlagerkomponenten mit elektrischer Energie. Das mindestens eine Modul zur Versorgung mit elektrischer Energie ist zur Versorgung des Feuchtigkeitsmessmoduls und/oder der Signalauswerteeinheit mit elektrischer Energie ausgebildet. Das mindestens eine Modul zur Versorgung mit elektrischer Energie ist durch ein Spannungsversorgungsmodul, durch ein Akkumulatormodul, durch ein Batteriemodul, durch ein Kondensatormodul, durch ein Energiemanagementmodul, durch ein Energy-Harvesting-Modul, durch ein Generatormodul, durch ein Signal- und Energiedurchleitmodul und/oder durch ein Energieschnittstellenmodul für externe Geräte gebildet.
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Nicht von der Erfindung umfasst sind weitere Funktionsmodule zum Messen von Lagerzustandsgrößen, wie Beschleunigung, Drehzahl, Temperatur, Abstand, Kraft, Drehwinkel und/oder Schmierstoffqualität. Die weiteren Funktionsmodule können zum Ansteuern von Schmierstoffpumpen oder zum optischen oder akustischen Anzeigen von Meldungen ausgebildet sein. Zur Gruppe der weiteren Funktionsmodule gehört auch ein Servicemodul, welches unter vorgegebenen Bedingungen entsprechende Aktivitäten auslöst.
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Mindestens ein weiteres der Infrastrukturmodule ist zur elektrischen Anbindung der Module an ein Verbindungsmedium ausgebildet. Dabei handelt es sich um ein Schnittstellenmodul, welches die elektrische Schnittstelle an die jeweilige Umgebung anpasst, zum Beispiel eine Schnittstelle mit Strömen zwischen 4 mA und 20 mA oder Ethernet. Zu den im Sensorsatz enthaltenen Infrastrukturmodulen zählen weiterhin ein Funkmodul, ein RFID-Modul, ein NFC-Modul, ein Speichermodul, ein Kabelmodul, ein Identifikationsmodul und/oder ein Betriebsstundenmodul. Im Speichermodul können beispielsweise die von den Funktionsmodulen erfassten Messdaten gespeichert werden. Außerdem kann das Speichermodul auch zum Speichern von Referenzdaten dienen.
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Das Verbindungsmedium ist ein Bussystem. Das Verbindungsmedium kann auch ein drahtgebundenes Bussystem sein.
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Mindestens eines der Infrastrukturmodule ist zum drahtlosen Datenaustausch ausgebildet.
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Die Module sind für ein Wälzlager vorgesehen, sodass sie zumindest teilweise in einen Wälzlagerbauraum integrierbar sind. Grundsätzlich können die Module für Linearlager oder für rotative Lager vorgesehen sein.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Die einzige Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Feuchtigkeitsmessmoduls eines erfindungsgemäßen Sensorlagers zur Messung einer Feuchtigkeit in oder an einem mechanischen Lager (nicht gezeigt). Das Feuchtigkeitsmessmodul umfasst einen Feuchtigkeitssensor 01 in Form von zwei Elektroden 02, welche aus einem Gehäuse 03 des Feuchtigkeitsmessmoduls herausragen. Die Elektroden 02 ragen in dieser Darstellung in einen Wassertropfen 04 hinein, welcher die zu messende Feuchtigkeit verbildlicht.
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Im Gehäuse 03 ist weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit 06 zur Messsignalvorverarbeitung eines Ausgangsignals des Feuchtigkeitssensors 01 angeordnet.
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Das Feuchtigkeitsmessmodul verfügt über eine elektrische Schnittstelle in Form einer Spannungsversorgungs- und Kommunikationsanbindung 07, über welche es mit elektrischer Spannung versorgt und gesteuert wird und über welche ein von der Signalverarbeitungseinheit 03 ausgegebenes Feuchtigkeitsmesssignal nach außerhalb des Feuchtigkeitsmessmoduls übertragbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Feuchtigkeitssensor
- 02
- Elektroden
- 03
- Gehäuse
- 04
- Wassertropfen
- 05
- -
- 06
- Signalverarbeitungseinheit
- 07
- Spannungsversorgungs- und Kommunikationsanbindung
