DE102018117314A1 - Sensoreinheit und Lageranordnung mit einer derartigen Sensoreinheit - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit (01) zur Integration in ein Wälzlager (14). Die Sensoreinheit (01) umfasst eine ringförmige Platine (02), welche zumindest abschnittsweise in einen Kunststoffverguss (09) eingebettet ist. Die Sensoreinheit (01) zeichnet sich dadurch aus, dass an einem Außenumfang der Platine (02) ein umlaufender Elastomereinsatz (03) befestigt ist, und dass an dem Außenumfang des Elastomereinsatzes (03) eine umlaufende Armierung (04) befestigt ist. Der Kunststoffverguss (09) bedeckt axiale Stirnflächen (07, 10) der Platine (02) und bevorzugt auch dem dem Elastomereinsatz (03) gegenüberliegenden Umfang der Platine (02). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung (13) mit einem Wälzlager (14) und einer in das Wälzlager (14) integrierten Sensoreinheit (01).
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit, welche zur Integration in ein Wälzlager dient, um dieses mit einer Sensorfunktionalität auszustatten. Die Sensoreinheit umfasst eine ringförmige Platine, welche zumindest abschnittsweise in einen Kunststoffverguss eingebettet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung mit einer integrierten Sensoreinheit.
- Die
DE 10 2017 103 414 B3 zeigt eine Resolverlageranordnung mit einem Außenlagerring und einem Innenlagerring, die zueinander um eine gemeinsame Achse drehbar sind. Weiterhin umfasst die Resolverlageranordnung mindestens einen Winkelsensor zur Detektion der relativen Winkelstellung der Lagerringe zueinander. Der Winkelsensor beinhaltet einen an einem der beiden Lagerringe drehfest befestigten Resolverrotor und einen dem Resolverrotor gegenüberliegenden ringförmigen Resolverstator. Mindestens eine Kreisringscheibe dient als Halteelement und Federelement. Ein innerer oder ein äußerer Umfang der Kreisringschreibe liegt zumindest teilweise radial an einem Ausläufer an dem anderen der beiden Lagerringe an. Der Ausläufer ist an der Stirnseite des Lagerrings als eine zumindest einseitige axiale Verlängerung einer Mantelfläche des Lagerrings ausgebildet. Die Kreisringscheibe ist vorzugsweise in bzw. um den Lagerring eingepresst. Die Kreisringscheibe und der Lagerring bilden somit einen Pressverband und liegen kraftschlüssig aneinander an. An der eingepressten Kreisringscheibe können Sensoren bzw. Sensorbauteile einfach befestigt und in Position gehalten werden. Auch unter extremen Lagerbetriebszuständen, beispielsweise bei hohen Drehzahlen oder hohen Temperaturschwankungen soll der Halt der Sensorbauteile durch eine hohe mechanische Festigkeit, durch Vibrationsfestigkeit sowie Temperaturfestigkeit bzw. Temperaturunabhängigkeit gesichert sein. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine verbesserte Sensoreinheit bereitzustellen, welche an einem Lager oder einem Gehäuse insbesondere mittels Pressverband fixierbar ist. Die Sensoreinheit sollte auch unter schwierigen Einsatzbedingungen sicher in ihrer Position gehalten werden. Weiterhin soll eine Lageranordnung mit einer integrierten Sensoreinheit bereitgestellt werden.
- Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dienen eine Sensoreinheit gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie eine Lageranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 7.
- Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst eine zumindest teilweise ringförmige Platine, an deren Außenumfang ein in tangentialer Richtung umlaufender Elastomereinsatz befestigt ist. Der Elastomereinsatz weist die Form eines Zylindermantels bzw. eines dünnwandigen Hohlzylinders auf. An dem Außenumfang des Elastomereinsatzes ist eine in tangentialer Richtung umlaufende Armierung befestigt. Die Armierung besteht vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Stahl, und weist bevorzugt die Form eines Zylindermantels bzw. eines dünnwandigen Hohlzylinders auf. Die Armierung ist bevorzugt durch eine Blechhülse gebildet. Die ringförmige Platine, der Elastomereinsatz und die Armierung sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Die Platine ist in einen Kunststoffverguss eingebettet, welcher zumindest die beiden axialen Stirnflächen der Platine und bevorzugt auch den dem Elastomereinsatz in radialer Richtung gegenüberliegenden inneren Umfang der Platine bedeckt. Die beiden axialen Stirnflächen der Platine sind durch eine Oberseite und durch eine Unterseite der Platine gebildet. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ist zum Einbau in ein Wälzlager oder in ein ein Wälzlager aufnehmendes Gehäuse vorgesehen und eignet sich insbesondere zur Befestigung an einem äußeren Lagerring des Wälzlagers, wodurch ein Pressverband ausgebildet wird, bei welchem es sich insbesondere um einen Zylinderpressverband handelt. Mittels der Sensoreinheit können Lagerzustandsgrößen, wie beispielsweise eine Drehzahl, überwacht werden.
- Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass eine robuste Sensoreinheit zur Verfügung steht, welche aufwandsarm und sicher durch einen Zylinderpressverband in einem Wälzlager bzw. in einem ein Wälzlager aufnehmenden Gehäuse fixierbar ist. Dies wird einerseits durch die verwendete Armierung erreicht, welche insbesondere dazu dient, die beim Einpressen der Sensoreinheit in das Wälzlager auftretenden Kräfte aufzunehmen und somit die Platine vor Beschädigungen zu schützen. Die Sensoreinheit besitzt durch ihre metallische Armierung einen ähnlichen oder gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Wälzlager. Andererseits sorgt der zwischen der Platine und der Armierung angeordnete Elastomereinsatz für die nötige Flexibilität, um stets eine sichere Fixierung der Sensoreinheit zu gewährleisten. Durch den Elastomereinsatz können beispielsweise während des Betriebs auftretenden Vibrationen ausgeglichen werden. Zwischen dem Elastomereinsatz und der Platine besteht vorzugsweise eine Überdeckung in radialer Richtung. Trotzdem wirken auf die Platine keine großen Kräfte, da diese durch die Elastizität des Elastomereinsatzes kompensiert werden. Auch werden beim Einpressen der Sensoreinheit in das Wälzlager keine hohen Spannungen aus dem Zylinderpressverband auf die Platine übertragen. Das für den Kunststoffverguss verwendete Material benötigt somit keine elastischen Eigenschaften und ist somit bevorzugt starr. Die Platine kann daher in einen herkömmlichen Kunststoffverguss eingebettet werden, welcher eine zuverlässige Abdichtung der Platine auch unter schwierigen Betriebsbedingungen ermöglicht.
- Die Sensoreinheit kann für eine Montage an einem Außenring oder an einem Innenring des Wälzlagers ausgebildet sein. Insofern die Sensoreinheit für eine Montage an einem Innenring des Wälzlagers ausgebildet ist, so ist der umlaufende Elastomereinsatz an einem Innenumfang der Platine befestigt, und die umlaufende Armierung ist an einem Innenumfang des Elastomereinsatzes befestigt.
- Ein abgewinkelter axialer Endbereich der Armierung erstreckt sich vorzugsweise zumindest teilweise in radialer Richtung über eine der beiden Stirnflächen der Platine. Der abgewinkelte Endbereich ist vorzugsweise an der Platine befestigt.
- Der Elastomereinsatz ist bevorzugt als ein separates Einlegeteil ausgebildet. Alternativ bevorzugt ist der Elastomereinsatz an die Armierung umlaufend anvulkanisiert.
- Bevorzugte Materialien für den Elastomereinsatz sind Nitrilkautschuk (NBR) und Fluorkautschuk (FKM). Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Materialien erfolgen.
- Bevorzugte Materialien für den Kunststoffverguss sind beispielsweise Polyamid, Epoxidharz und Duroplast. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Materialien erfolgen. Andere, unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen beständige, Materialien sind möglich.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoreinheit mit einer Auswerteeinheit verbunden. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Sensoreinheit mit einem Anschlusskabel zum Anschluss an eine Auswerteeinheit auszustatten. Es sind jedoch auch alternative bevorzugte Ausführungsformen möglich, bei denen die Datenübertragung zur Auswerteeinheit nicht über Kabel, sondern drahtlos, vorzugsweise mittels Funksignal erfolgt.
- Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst ein Wälzlager mit einem ersten Lagerring, einem relativ zu dem ersten Lagerring drehbaren zweiten Lagerring und mehreren zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring angeordneten Wälzkörpern. An einem der beiden Lagerringen ist die beschriebene erfindungsgemäße Sensoreinheit befestigt. Die Sensoreinheit ist bevorzugt an demjenigen der beiden Lagerringe befestigt, welcher einen Außenring des Wälzlagers bildet. Die Sensoreinheit erstreckt sich radial zwischen den beiden Lagerringen.
- Zwischen der Sensoreinheit und dem Lagerring besteht vorzugsweise eine Pressverbindung, insbesondere eine Zylinderpressverbindung.
- Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den mit der Sensoreinheit verbundenen Lagerring mit einem Anschlag auszustatten. Während der Montage der Sensoreinheit kommt es beim Kontakt der Armierung mit diesem Anschlag zu einer plastischen Verformung der Armierung, wodurch die Verbindung zwischen der Platine und der Armierung zusätzlich gesichert wird.
- Der mit der Sensoreinheit verbundene Lagerring besitzt vorzugsweise einen sich axial erstreckenden Ausläufer, an welchem die Sensoreinheit befestigt ist.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit; und -
2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung. -
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit01 . Die erfindungsgemäße Sensoreinheit01 umfasst zunächst eine ringförmige Platine02 , wobei die Ansicht den Querschnitt der Sensoreinheit01 nur auf einer der beiden Seiten einer in der Querschnittsebene befindlichen Achse zeigt. An einem Außenumfang der ringförmigen Platine02 ist ein umlaufender Elastomereinsatz03 befestigt. Zwischen dem Elastomereinsatz03 und der Platine02 besteht vorzugsweise eine gewisse Überdeckung. An einem Außenumfang des Elastomereinsatzes03 befindet sich eine Armierung04 . Die Armierung04 besteht bevorzugt aus Stahl. Der Elastomereinsatz03 kann als separates Bauteil ausgeführt sein. Alternativ kann der Elastomereinsatz03 an die Armierung04 anvulkanisiert sein. Ein im Wesentlichen rechtwinklig abgewinkelter erster axialer Endbereich05 der Armierung04 erstreckt sich in radialer Richtung über eine erste Stirnfläche des Elastomereinsatzes03 und abschnittsweise über eine erste Stirnfläche07 der Platine02 . Der erste Endbereich05 der Armierung04 ist vorzugsweise an der Platine02 befestigt. Ein stumpfwinklig abgewinkelter zweiter axialer Endbereich08 der Armierung04 erstreckt sich in radialer Richtung über eine zweite Stirnfläche des Elastomereinsatzes03 . Die Platine02 ist in einen Kunststoffverguss09 eingebettet, welcher sich über die erste Stirnfläche07 , eine zweite Stirnfläche10 der Platine02 und über einen Innenumfang der Platine02 erstreckt. Der Kunststoffverguss09 besteht beispielsweise aus Polyamid, Epoxidharz, Duroplast oder einem anderen geeigneten Material, welches resistent auch unter schwierigen Umweltbedingungen, wie extremen Temperaturen und einwirkenden Medien, ist. Die Sensoreinheit01 weist weiterhin ein Anschlusskabel12 zum Anschluss an eine externe Auswerteeinheit (nicht dargestellt) auf. -
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung13 . Die erfindungsgemäße Lageranordnung13 umfasst ein Wälzlager14 mit einem ersten Lagerring15 und einem zweiten Lagerring17 . Die beiden Lagerringe15 ,17 sind relativ zueinander drehbar. Der erste Lagerring15 ist als Außenring und der zweite Lagerring17 als Innenring ausgebildet. Zwischen dem ersten Lagerring15 und dem zweiten Lagerring17 befinden sich Wälzkörper18 . Der erste Lagerring15 weist einen sich axial erstreckenden ersten Ausläufer19 auf. - Der zweite Lagerring
17 besitzt einen sich axial erstreckenden zweiten Ausläufer20 . Am Innenumfang des ersten Ausläufers19 ist die in1 gezeigte Sensoreinheit01 befestigt. Zwischen dem ersten Lagerring17 und der Sensoreinheit01 besteht eine Zylinderpressverbindung. Die Sensoreinheit01 erstreckt sich radial zwischen dem ersten Ausläufer19 und dem zweiten Ausläufer20 . An dem Innenumfang des ersten Ausläufers19 ist ein Anschlag22 angeordnet, welcher bei der Montage der Sensoreinheit01 für eine plastische Verformung der Armierung04 der Sensoreinheit01 sorgt und somit die Verbindung zwischen der Armierung04 und der Platine02 zusätzlich sichert. Mit der Sensoreinheit01 können Betriebszustandsgrößen des Wälzlagers14 , wie beispielsweise die Drehzahl des Wälzlagers14 , erfasst werden. - Bezugszeichenliste
-
- 01
- Sensoreinheit
- 02
- Platine
- 03
- Elastomereinsatz
- 04
- Arm ierung
- 05
- erster Endbereich der Armierung
- 06
- -
- 07
- erste Stirnfläche der Platine
- 08
- zweiter Endbereich der Armierung
- 09
- Kunststoffverguss
- 10
- zweite Stirnfläche der Platine
- 11
- -
- 12
- Anschlusskabel
- 13
- Lageranordnung
- 14
- Wälzlager
- 15
- erster Lagerring
- 16
- -
- 17
- zweiter Lagerring
- 18
- Wälzkörper
- 19
- erster Ausläufer des ersten Lagerrings
- 20
- zweiter Ausläufer des zweiten Lagerrings
- 21
- -
- 22
- Anschlag an dem ersten Ausläufer
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102017103414 B3 [0002]
Claims (10)
- Sensoreinheit (01) zur Integration in ein Wälzlager (14), umfassend eine ringförmige Platine (02), welche zumindest abschnittsweise in einen Kunststoffverguss (09) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfang der Platine (02) ein umlaufender Elastomereinsatz (03) befestigt ist, wobei an dem Außenumfang des Elastomereinsatzes (03) eine umlaufende Armierung (04) befestigt ist, und wobei der Kunststoffverguss (09) axiale Stirnflächen (07, 10) der Platine (02) bedeckt.
- Sensoreinheit (01) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich ein abgewinkelter erster axialer Endbereich (05) der Armierung (04) zumindest teilweise in radialer Richtung und abschnittsweise über eine der beiden Stirnflächen (07, 08) der Platine (02) erstreckt, wobei der abgewinkelte erste axiale Endbereich (05) an der Platine (02) befestigt ist. - Sensoreinheit (01) nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomereinsatz (03) an die Armierung (04) anvulkanisiert ist. - Sensoreinheit (01) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffverguss (09) aus Polyamid, Epoxidharz oder Duroplast besteht. - Sensoreinheit (01) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbindbar ist. - Sensoreinheit (01) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Anschlusskabel (12) zum Anschluss an eine Auswerteeinheit aufweist. - Lageranordnung (13), umfassend ein Wälzlager (14) mit einem ersten Lagerring (15), einem relativ zu dem ersten Lagerring (15) drehbaren zweiten Lagerring (17) und mehreren zwischen dem ersten Lagerring (15) und dem zweiten Lagerring (17) angeordneten Wälzkörpern (18) sowie eine an einem der beiden Lagerringe (15, 17) befestigte, sich radial zwischen den beiden Lagerringen (15, 17) befindende Sensoreinheit (01) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 . - Lageranordnung (13) nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sensoreinheit (01) und dem Lagerring (15) eine Zylinderpressverbindung besteht. - Lageranordnung (13) nach
Anspruch 7 oder8 , dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Sensoreinheit (01) verbundene Lagerring (15) einen Anschlag (22) aufweist, wobei die Armierung (04) eine durch den Anschlag (22) während der Montage der Sensoreinheit (01) erzeugte plastische Verformung aufweist. - Lageranordnung (13) nach einem der
Ansprüche 7 bis9 , dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Sensoreinheit (01) verbundene Lagerring (15) einen sich axial erstreckenden Ausläufer (19) aufweist, wobei die Sensoreinheit (01) an dem Ausläufer (19) befestigt ist.
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