DE102017130335B3 - Lageranordnungen und Modulträger für diese - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Lageranordnung (01), welche zwei zueinander um eine gemeinsame Achse rotierbare Lagerringe (02, 03), einen ringförmigen Modulträger (04), einen Encoder (06) und mindestens ein Sensormodul (14) umfasst. Der Modulträger (04) ist axial an einem der beiden Lagerringe (02; 03) angeordnet. An dem anderen der beiden Lagerringe (02; 03) ist der Encoder (06) angeordnet. Das mindestens eine Sensormodul (14) ist im Modulträger (04) angeordnet. Der Modulträger (04) weist an mindestens einer seiner axialen Seitenflächen (09) eine Aussparung (08) auf, durch welche ein Schmiermittel in das Lager einbringbar ist. Die Aussparung (08) ist umfänglich im Bereich beabstandet zu dem mindestens einem Sensormodul (14) oder im Bereich zwischen zwei Sensormodulen (14) angeordnet. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lageranordnung (01), welche mindestens eine Sollbruchstelle zur Ausbildung einer Aussparung (08) aufweist. Ebenso betrifft die Erfindung einen Modulträger (04) für ein Lager, welcher einen Schmiermitteldurchfluss durch das Lager erlaubt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Lageranordnung, die einen Modulträger aufweist, welcher mindestens einen Sensor beinhaltet. Weiterhin betrifft die Erfindung einen mit Sensoren ausgerüsteten Modulträger für ein Lager.
  • In der DE 10 2015 202 130 A1 wird ein Baukasten für Lager sowie eine Lageranordnung beschrieben. Der Baukasten umfasst eine Vielzahl von Modulen, welche jeweils eine Mehrzahl von Versorgungsmanagementmodulen, Funktionsmodulen und Infrastrukturmodulen umfassen. Die Funktionsmodule, insbesondere Sensoren, dienen dem Messen von Lagerzustandsgrößen.
  • In der DE 10 2015 202 129 A1 und in der DE 10 2015 202 127 A1 ist eine Elektronikmodulanordnung zum Einbau in einen zylindrischen Bauraum sowie eine Wälzlageranordnung beschrieben. Die DE 10 2015 202 129 A1 beschreibt, dass eine Elektronikmodulanordnung einen an den Durchmesser des zylindrischen Bauraums angepassten hohlzylindrischen Träger, einen in Umfangsrichtung im Träger angeordneten elektrischen Leiter sowie im Träger angeordnete Elektronikmodule umfasst. Die einzelnen Elektronikmodule sind mittels elektrischem Leiter elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch miteinander verbunden. Elektronikmodule sind beispielsweise Sensoren, Aktuatoren, Signalverarbeitungseinrichtungen und Datenspeicherungseinrichtungen.
  • Für lebensdauergeschmierte Rillenkugellager, welche keine Nachschmierung erfordern, kommen bekanntermaßen Fette zum Einsatz. Andere Lagertypen, beispielsweise Kegelrollen-, Zylinderrollen- oder Pendelrollenlager erfordern eine Nachschmierung, insbesondere mittels Öl. Sind diese Lager sensorisiert, d. h. mit mindestens einem eine Lagerzustandsgröße erfassenden Sensor ausgerüstet, ist die Nachschmierung nur schwer möglich.
  • Zum Messen von beispielsweise der Drehzahl in einem Lager sind Sensoren an einem Lagerring befestigt. Weiterhin umfasst das Lager einen den Sensoren gegenüberliegend angeordneten Encoder. Regelmäßig ist der Encoder als Encoderring ausgebildet, der an dem anderen Lagerring angeordnet ist. Um eine hohe Messqualität zu erreichen, weisen die Sensoren und der Encoder einen geringen Abstand zueinander auf. Umso kleiner der Abstand bzw. der Luftspalt ist, desto höher ist die Messqualität. Bei kleinen Lagerdurchmessern und geringem Luftspalt bzw. Abstand zwischen den Sensoren und dem Encoder, wird das Lager, insbesondere eine Lagerseitenfläche nahezu vollständig abgedichtet, wodurch eine Schmierung oder Nachschmierung des sensorisierten Lagers verhindert oder zumindest erschwert wird.
  • Aus der WO 2013/175257 A1 ist eine Sensorlagereinheit bekannt, welche in einer ölgeschmierten Umgebung einsetzbar ist. Die Sensorlagereinheit umfasst ein Lager mit mindestens einem rotierbaren Lagerring. Weiterhin umfasst die Sensoreinheit eine Detektionsvorrichtung, welche der Erfassung der Rotation des rotierbaren Lagerrings dient. Mindestens eine axial ausgerichtete Seite des Lagers weist einen Abschnitt auf, der in axialer Richtung parallel zur Zentralachse, um welche der Lagerring rotiert, offen ausgebildet ist. Der offene Abschnitt erlaubt einen Öldurchfluss durch das Lager. Insbesondere erfolgt ein Öldurchfluss durch die Detektionsvorrichtung entlang einer streng axialen Richtung zwischen dem Target bzw. Encoder und dem Sensor.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, eine Lageranordnung zur vereinfachten Schmierung und/oder Nachschmierung eines sensorisierten Lagers mit einem Modulträger bereitzustellen, sodass ein Volumenstrom eines Schmiermittels durch ein geschmiertes Lager erfolgen kann. Als weitere Aufgabe für die vorliegende Erfindung ergibt sich, dass der Volumenstrom eines Schmiermittels durch ein ölgeschmiertes Lager verbessert werden soll.
  • Die Aufgabe wird durch eine Lageranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch einen Modulträger für ein Lager gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Lageranordnung weist zwei Lagerringe auf, die um eine gemeinsame Achse, die Rotationsachse, zueinander rotierbar sind. Weiterhin umfasst die Lageranordnung einen ringförmigen Modulträger, einen Encoder sowie mindestens ein Sensormodul. Der Modulträger dient der Aufnahme von Modulen, insbesondere von Funktionsmodulen wie beispielsweise Sensormodulen oder Versorgungsmodulen, mit welchen etwa die Funktion eines mechanischen Lagers überprüft werden kann. Der Modulträger ist axial an einem der beiden Lagerringe, insbesondere axial an der Seitenfläche einer der beiden Lagerringe, drehfest befestigt. Der Encoder ist an dem anderen der beiden Lagerringe drehfest angeordnet. Der Encoder, auch als Target zu bezeichnen, liegt radial beabstandet gegenüber dem Modulträger. Das mindestens eine Sensormodul ist im Modulträger angeordnet, sodass das Sensormodul gegenüber dem Encoder angeordnet ist und diese miteinander in Wechselwirkung stehen. Der Modulträger weist an einer seiner axialen Seitenflächen eine Aussparung auf. Mittels der Aussparung ist ein Schmiermittel in das Lager einbringbar, sodass ein Schmiermitteldurchfluss zu und durch die Lagerringe und somit eine Schmierung dieser ermöglicht werden kann. Die Aussparung des Modulträgers ist umfänglich im Bereich beabstandet zu dem mindestens einem Sensormodul oder im Bereich zwischen zwei Sensormodulen angeordnet. Die Position der Aussparung zwischen zwei Sensormodulen oder an einer Stelle an der kein Sensormodul auf dem Modulträger positioniert ist, ermöglicht einen Schmiermitteldurchfluss.
  • Schmiermittel können Öle oder Fette sein, welche bekanntermaßen zur Schmierung von Lagern zur Anwendung kommen.
  • Das Sensormodul und der Encoder dienen dem Messen von Lagerzustandsgrößen und/oder zum Auslösen und/oder Aktivieren vorgegebener Ereignisse unter vorgegebenen Bedingungen.
  • Der Modulträger ist bevorzugt hohlzylindrisch mit Umfangswandung und axialen Seitenflächen bzw. Stirnseitenflächen ausgebildet und kann auch als Modulgehäuse bezeichnet werden. Der Modulträger weist mehrere Aufnahmen zur Aufnahme von Modulen, wie Sensormodulen, auf. Die Aufnahmen sind bevorzugt am inneren Umfang des Modulträgers angeordnet. Zwischen zwei Aufnahmen auf dem Modulträger ist jeweils eine Modulposition für die einzelnen Module definiert. Die Aufnahmen dienen dem festen Sitz der Module auf dem Modulträger.
  • Vorzugsweise ist die Aussparung auf der axialen Seitenfläche des Modulträgers außerhalb der definierten Modulposition des mindestens einen Sensormoduls befindlich. Alternativ bevorzugt ist die Aussparung auf der axialen Seitenfläche des Modulträgers außerhalb der Bereiche befindlich, an denen die Aufnahmen für die Module sowie das mindestens eine Sensormodul angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist die Aussparung auf der axialen Seitenfläche des Modulträgers an einer Modulposition, an der kein Sensormodul angeordnet ist, ausgebildet. Der äußere Rand bzw. die äußere radiale Seitenfläche des Modulträgers weist in einer ersten Ausführung keine Aussparung auf, wodurch sich die Stabilität des ringförmigen Modulträgers erhöht.
  • In einer anderen Ausführungsform weist der Modulträger an seinen beiden axialen Seitenflächen jeweils eine Aussparung auf. Bevorzugt sind die beiden Aussparungen gegenüberliegend auf dem Modulträger angeordnet. Alternativ bevorzugt sind die beiden Aussparungen umfänglich versetzt zueinander auf den axialen Seitenflächen des Modulträgers angeordnet.
  • Der Modulträger weist in einer nochmals abgewandelten Ausführung mehr als zwei Aussparungen auf, die an seinen axialen Seitenflächen angeordnet sind. Zwei oder mehr Aussparungen, wobei jeweils mindestens eine Aussparung an jeder der beiden axialen Seitenflächen des Modulträgers befindlich ist, ermöglichen einen Schmiermitteldurchfluss zu und/oder von den Lagerringen, also einen Schmiermitteldurchfluss durch das Lager.
  • Ein Vorteil ist, dass regelmäßig oder fortlaufend neues Schmiermittel dem Lager zugeführt werden kann und altes Schmiermittel aus dem Lager abtransportiert wird. Es kann die Schmierung des Lagers gewährleistet und ein Trockenlaufen vermieden werden. Eine Nachschmierung des Lagers erhöht dessen Lebensdauer. Die Lageranordnung weist eine Durchlässigkeit für ein Schmiermedium auf.
  • Das Sensormodul kann beispielsweise ein Drehzahlsensormodul sein, welches zum Einbau in ein mechanisches Lager vorgesehen ist und der Messung und Auswertung einer Drehzahl dient. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Sensormodul in den zur Verfügung stehenden Bauraum eines Lagerbaukastens einbaubar. Der Lagerbaukasten entspricht beispielsweise dem Lagerbaukasten, der in der DE 10 2015 202 130 A1 beschrieben ist. Ebenso ist das Sensormodul auf einem Träger einer Elektronikmodulanordnung gemäß DE 10 2015 202 129 A1 anbringbar. Bei dem mechanischen Lager handelt es sich bevorzugt um ein Wälzlager, um ein Linearlager oder um ein Gleitlager.
  • Bevorzugt sind auf dem Modulträger mehrere Sensormodule angeordnet. Vorzugsweise sind auf dem Modulträger mindestens ein Sensormodul sowie mindestens ein weiteres Modul einer anderen Modulart angeordnet. Weiter Module können sein: Funktionsmodule, Versorgungsmanagementmodule, Infrastrukturmodule.
  • Die Anzahl und die Art der auf dem Modulträger angeordneten Module sind vorzugsweise anhand ihrer Funktion gewählt. Weiterhin sind ist die Anzahl und die Art der auf dem Modulträger angeordneten Module von dem Durchmesser des Lagers abhängig bzw. von dem auf dem Lagerdurchmesser abgestimmten Modulträgerdurchmesser.
  • Mehrere Sensormodule sowie gegebenenfalls weitere Module sind auf dem Modulträger mittels eines elektrischen Leiters miteinander elektrisch verbunden. Mittels des elektrischen Leiters steht eine Schnittstelle zur Verfügung.
  • Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Sensormodul auf dem Modulträger in Vergussmasse eingegossen, sodass ein Schutz gegenüber äußeren Einflüssen sowie vor dem Schmiermittel erfolgt. Vorzugsweise sind alle auf dem Modulträger befindlichen Module in Vergussmasse eingegossen. Besonders bevorzugt bildet die Vergussmasse einen Ring aus, in dem die Module eingelassen sind. Zwischen dem Ring aus Vergussmasse und dem Encoder ist ein Spalt befindlich, durch den ein Schmiermittel in das Lager einbringbar ist. Zur Erhöhung der Messqualität ist der Spalt zwischen Encoder und dem Ring aus Vergussmasse mit den eingebrachten Sensormodulen gering zu halten.
  • In einer Ausführungsform ist der Modulträger mit dem mindestens einen Sensormodul an einem Außenringbord und der Encoder an einem Innenringbord befestigt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Modulträger mit dem mindesten einen Sensormodul an einem Innenringbord und der Encoder an einem Außenringbord befestigt.
  • Der Modulträger besteht bevorzugt aus Kunststoff. Alternativ bevorzugt besteht der Modulträger aus Stahl.
  • Der Modulträger, das mindestens eine Sensormodul sowie der elektrische Leiter bilden gemeinsam eine Sensoreinheit.
  • Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung umfasst zwei zueinander um eine gemeinsame Achse rotierbare Lagerringe, einen ringförmigen Modulträger, einen Encoder und mindestens ein Sensormodul. Der Modulträger ist axial an einem der beiden Lagerringe angeordnet. Dem Modulträger gegenüberliegend ist der Encoder an einer Seitenfläche des anderen der beiden Lagerringe angeordnet. Im Modulträger ist das mindestens eine Sensormodul befindlich. Der Modulträger weist an mindestens einer seiner axialen Seitenflächen mindestens eine Sollbruchstelle auf, welche nach dem Herausbrechen eine Aussparung im Modulträger bildet, durch welche ein Schmiermittel in das Lager einbringbar ist. Die Sollbruchstelle oder die Sollbruchstellen sind in einem Bereich vorgesehen bzw. befindlich, in welchem kein Sensormodul befindlich ist.
  • Die axiale Seitenfläche des Modulträgers liegt der axialen Seitenfläche des Modulträgers gegenüber, welche an einem der Lagerringe, insbesondere dessen Seitenfläche anliegt.
  • Für die durch Herausbrechen der Sollbruchstelle entstandene Aussparung bzw. Aussparungen gilt das zu der zuvor beschriebenen Lageranordnung beschriebene mit allen Ausführungsformen. Der weitere Vorteil dieser Ausführungsform besteht vor allem darin, dass die Lageranordnung erst beim Einbau in eine übergeordnete Einheit abschließend konfigurierbar ist. Wenn ein Schmiermitteldurchfluss durch den Modulträger benötigt wird, wird die Aussparung an der Sollbruchstelle hergestellt. Wenn stattdessen ein Schmiermitteldurchfluss nicht benötigt wird und stattdessen z. B. der Schutz gegen eindringende Verschmutzungen im Vordergrund steht, dann bleibt der Modulträger verschlossen.
  • Bevorzugt weist der Modulträger zwei Sollbruchstellen auf. Alternativ bevorzugt weist der Modulträger vier Sollbruchstellen auf. Vorzugsweise weist der Modulträger mehr als vier Sollbruchstellen auf.
  • Ein Vorteil mehrerer Sollbruchstellen zur Ausbildung jeweils einer Aussparung an einer definierten Position ist, dass die Position und die Anzahl der Sollbruchstellen individuell je nach Anwendungsfall wählbar sind.
  • Der erfindungsgemäße Modulträger für ein Lager umfasst mehrere Aufnahmen, zwischen denen Modulpositionen zur Aufnahme von jeweils einem Modul ausgebildet sind. Weiterhin umfasst der Modulträger mindestens eine Aussparung oder eine Sollbruchstelle zur Ausbildung einer Aussparung nach Herausbrechen an einer seiner axialen Seitenflächen auf. Der Modulträger ermöglicht im eingebauten Zustand einen Schmiermitteldurchfluss.
  • Vorzugsweise weist der Modulträger einen elektrischen Leiter auf, durch welchen die Module untereinander und mit der Umwelt elektrische verbindbar sind.
  • Auf dem Modulträger angeordnete Module, insbesondere Sensormodule, sind bevorzugt von Vergussmasse umgeben. Die Vergussmasse ist bevorzugt ringförmig ausgebildet.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;
    • 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Modulträgers für die Lageranordnung.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 01. Die Lageranordnung 01 umfasst einen inneren Lagerring 02, einen äußeren Lagerring 03, einen Modulträger 04 und einen Encoderring 06. Der innere Lagerring 02 und der äußere Lagerring 03 sind zueinander um eine Rotationsachse (nicht gezeigt) angeordnet. Der innere Lagerring 02 ist um die Rotationsachse rotierbar. An einer Seitenfläche (nicht gezeigt) des inneren Lagerrings 02 ist der Encoderring 06 drehfest angeordnet. Dem Encoderring 06 gegenüberliegend ist der Modulträger 04 an dem äußeren Lagerring 03 drehfest angeordnet. Der Modulträger weist eine Aussparung 08 auf. Die Aussparung 08 ist an einer axialen Seitenfläche 09 (vgl. 2) angeordnet, wobei diese axiale Seitenfläche 09 des Modulträgers 04 der Seitenfläche des äußeren Lagerrings 03, an dem der Modulträger 04 anliegt, gegenüberliegt. Der Modulträger 04 ist in 2 gezeigt, wo dessen Aufbau näher erläutert ist. Die Lageranordnung 01 umfasst weiterhin einen elektrischen Anschluss 11, zum Anschließen an ein Messgerät oder eine Steuereinheit (nicht gezeigt). Die Aussparung 08 in dem Modulträger 04 dient dem Schmiermitteldurchfluss durch die Lageranordnung 01, wodurch die Lagerringe 02, 03 nicht trockenlaufen, verschleißen und womöglich einen Ausfall des Lagers verursachen.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Modulträgers 04 für die Lageranordnung 01. Der Modulträger 04 weist Aufnahmen 12 auf, zwischen welchen Modulpositionen 13 ausgebildet sind. Der Modulträger 04 weist sechs Modulpositionen 13 auf. Die Aufnahmen 12 dienen der Aufnahme und dem festen Halt von Modulen 14, insbesondere Sensormodulen 14. Auf dem Modulträger 04 sind vier Sensormodule 14 angeordnet. Die Sensormodule 14 sind mittels eines elektrischen Leiters 16 untereinander elektrisch verbunden. Der elektrische Leiter 16 ist mit dem elektrischen Anschluss 11 verbunden. An einer der Modulpositionen 13 ist die Aussparung 08 im Modulträger 04 ausgebildet. Die Aussparung 08 dient dem Schmiermitteldurchfluss. An den Modulpositionen 13 können Sollbruchstellen (nicht gezeigt) zur Ausbildung von Aussparungen 08 durch Herausbrechen der Sollbruchstellen, ausgebildet sein. Zum Schutz der Sensormodule 14 können diese von Vergussmasse umspritzt sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 01
    Lageranordnung
    02
    innerer Lagerring
    03
    äußerer Lagerring
    04
    Modulträger
    05
    -
    06
    Encoderring
    07
    -
    08
    Aussparung
    09
    axiale Seitenfläche des Modulträgers 04
    10
    -
    11
    elektrischer Anschluss
    12
    Aufnahme
    13
    Modulposition
    14
    Sensor-/Modul
    15
    -
    16
    elektrischer Leiter

Claims (8)

  1. Lageranordnung (01) umfassend: - zwei zueinander um eine gemeinsame Achse rotierbare Lagerringe (02, 03); - einen ringförmigen Modulträger (04), der an einer Seitenfläche eines der beiden Lagerringe (02; 03) angeordnet ist; - einen Encoder (06), der an dem anderen der beiden Lagerringe (02; 03) dem Modulträger (04) gegenüberliegend angeordnet ist; und - mindestens ein Sensormodul (14), welches im Modulträger (04) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulträger (04) an mindestens einer seiner axialen Seitenflächen (09) mindestens eine Sollbruchstelle aufweist, welche nach dem Herausbrechen eine Aussparung (08) im Modulträger (04) bildet, durch die ein Schmiermittel in das Lager einbringbar ist, wobei die Sollbruchstelle in einem Bereich angeordnet ist, an der kein Sensormodul befindlich ist.
  2. Lageranordnung (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulträger (04) an beiden axialen Seitenflächen eine Aussparung (08) aufweist.
  3. Lageranordnung (01) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Modulträger (04) mehrere Sensormodule (14) und/oder Funktionsmodule (14) umlaufend angeordnet sind.
  4. Lageranordnung (01) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen mehreren Modulen (14) am Modulträger (04) mittels eines elektrischen Leiters (16) erfolgt.
  5. Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensormodul (14) und/oder die Funktionsmodule (14) am Modulträger (04) in Vergussmasse eingegossen sind.
  6. Lageranordnung (01) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse einen Ring bildet in dem die Module (14) befindlich sind, wobei zwischen dem Ring aus Vergussmasse und dem Encoder (06) ein Spalt ausgebildet ist.
  7. Lageranordnung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulträger (04) zwei bis sechs Sollbruchstellen an einer axialen Seitenfläche (09) aufweist.
  8. Modulträger (04) für ein Lager, welcher den Schmiermitteldurchfluss ermöglicht, umfassend mehrere Aufnahmen (12), zwischen denen Modulpositionen (13) zur Aufnahme von jeweils einem Modul (14) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulträger (04) eine Sollbruchstelle zur Ausbildung einer Aussparung (08) nach Herausbrechen an einer seiner axialen Seitenflächen (09) aufweist.
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