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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer ringförmigen Sensoreinheit und eine ringförmige Sensoreinheit.
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Hintergrund der Erfindung
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Wälzlageranordnungen mit integrierten Sensoreinheiten sind auch als Sensorlager bekannt und dienen zum Erfassen unterschiedlicher Lagerzustandsgrößen, wie beispielsweise Drehzahl, Temperatur und Drehwinkel.
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DE 10 2015 203 861 A1 offenbart eine Sensoreinrichtung für ein Wälzlager mit einem Außenring und einem relativ zu diesem drehbaren Innenring. Die Sensoreinrichtung umfasst mindestens einen mit einem der beiden Lagerringe drehfest verbindbaren Sensor, mindestens einen mit dem anderen der beiden Lagerringe drehfest verbindbaren Signalgeber, einen an einer Stirnfläche des Außenrings des Wälzlagers befestigbaren äußeren Ring und einen an einer Stirnfläche des Innenrings des Wälzlagers befestigbaren inneren Ring. Der Sensor und der Signalgeber sind auf einander gegenüberliegenden Mantelflächen des äußeren und inneren Rings angeordnet.
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Die Sensoreinrichtung kann noch weiter verbessert werden, um eine sichere Verbindung zwischen der Sensoreinrichtung und dem Wälzlager bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen und unter Vibration zu ermöglichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoreinheit bereitzustellen, die auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen an einem Wälzlager sicher befestigbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer ringförmigen Sensoreinheit und eine ringförmige Sensoreinheit nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines Sensorelements,
- - Bereitstellen eines Verbindungselements,
- - Einlegen des Gehäuses des Sensorelements in das Verbindungselement, und
- - Verstemmen mindestens einer Stelle auf einer Oberfläche der Außenwand des Verbindungselements relativ zum Gehäuse des Sensorelements, sodass das Verbindungselement und das Gehäuse des Sensorelements zueinander fixiert werden.
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Das Sensorelement befindet sich in einem ringförmigen Gehäuse, wobei das Gehäuse einen ringförmigen Boden mit einer umlaufenden Innenwand und einer umlaufenden Außenwand aufweist. Das Verbindungselement weist einen ringförmigen Boden mit einer umlaufenden Außenwand auf.
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Der Vorteil der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten ringförmigen Sensoreinheit besteht darin, dass eine sichere Verbindung zwischen der Sensoreinheit und einem Wälzlager oder anderen Bauteilen in einfacher Weise bereitgestellt werden kann. Ferner kann eine einfache Anordnung der Sensoreinheit an dem Bauteil realisiert werden und eine zuverlässige Erfassung des Verhaltens des Bauteils ermöglicht werden.
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Die ringförmige Sensoreinheit kann zum Anbau an ein kreisförmiges Bauteil, beispielsweise ein Wälzlager, vorgesehen sein. Daher kann das Sensorelement auch ringförmig gestaltet sein. Das Sensorelement kann beispielsweise aus einer ringförmigen Leiterplatte mit einem Kabel (eventuell mit einem Stecker) bestehen. Das Sensorelement kann aber auch eine flexible Leiterplatte mit verschiedenen Sensorelementen umfassen, die über Leiterbahnen elektrisch verbunden sind. Das Sensorelement kann dazu eingerichtet sein, um zumindest eine Lagerzustandsgröße wie beispielsweise Drehzahl, Temperatur und Drehwinkel zu erfassen. Das Sensorelement kann auch mehrere Sensoren zur Erfassung unterschiedlicher Zustandsgrößen umfassen.
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Das ringförmige Sensorelement wird in ein Gehäuse aus zum Beispiel Kunststoff eingelegt, das einen ringförmigen Boden mit einer umlaufenden Innenwand und einer umlaufenden Außenwand aufweist. Ein Durchmesser des Bodens des Gehäuses kann so an einen Durchmesser des Sensorelements angepasst sein, dass das Sensorelement gerade passend ins Gehäuses eingefügt werden kann. Das im Gehäuse befindliche Sensorelement kann mit einem Verguss versehen sein, um empfindliche elektronische Komponenten wie bestückte Leiterplatten oder Leistungsmodule vor chemischen, korrosiven oder mechanischen Einflüssen zu schützen. Auch eine Reduzierung von thermischen Spannungen, eine Abführung von Wärme, sowie ein Schutz vor Brandgefahr sind beim Vergießen möglich. Als Vergussmaterial kann ein niedrigviskoses Material aus beispielsweise PU, Epoxid oder Silikon zum Einsatz kommen.
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Das Verbindungselement kann zur Verbindung bzw. als Schnittstelle zwischen dem Sensorelement und dem Bauteil (zum Beispiel einem Wälzlager) dienen, an dem die Sensoreinheit befestigt wird. Das Verbindungselement kann beispielsweise eine Hülse oder ein Gehäuse aus Metall oder Kunststoff sein, welches einen ringförmigen Boden mit einer umlaufenden Außenwand bzw. Außenmantelfläche aufweist.
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Ein Durchmesser des Verbindungselements kann größer als ein Außendurchmesser des Gehäuses sein, sodass das Gehäuse mit dem Sensorelement vollständig in einen Innenraum des Verbindungselements eingelegt werden kann. Beim Einlegen des Gehäuses kann ein offenes Ende des Gehäuses auf den Boden des Verbindungselements anliegen, sodass das Gehäuse durch das Verbindungselement vollständig überdeckt werden kann.
Um das Gehäuse mit dem Sensorelement am Verbindungselement dauerhaft zu befestigen, wird mindestens eine Stelle, vorzugsweise mehrere Stellen auf der Außenmantelfläche des Verbindungselements relativ zum Gehäuse verstemmt. Der Begriff „Verstemmen“ kann so verstanden werden, dass zwei einzelne Komponenten durch ein elastisches oder plastisches Verformen kraft- und formschlüssig verbunden werden. In anderen Worten, zwei gegenüberliegende Oberflächen beider Komponenten verkeilen sich unlösbar ineinander, sodass zwei verbundene Komponenten zueinander fixiert sind. Zum Verstemmen eignen sich alle Materialien, die sich plastisch verformen lassen, wie z. B. Kunststoffe und Metalle. Im Gegensatz zu stoffschlüssigen Verbindungen (z. B. Schweißen) lassen sich durch Verstemmen auch unterschiedliche Werkstoffe mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zusammenfügen. Ein weiterer Vorteil des Verstemmens besteht darin, dass über verstemmte Verbindungen höhere Drehmomente übertragen werden können.
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In einer Ausführungsform wird die Oberfläche der Außenwand des Verbindungselements relativ zum Boden des Gehäuses des Sensorelements verstemmt. In einer Ausführungsform verursacht das Verstemmen nur eine Verformung des Verbindungselements. In einer Ausführungsform verursacht das Verstemmen nur eine Verformung des Verbindungselements und des Gehäuses des Sensorelements. Auf diese Weise kann das Sensorelement im Gehäuse nicht beschädigt werden, obwohl das Sensorelement über das Gehäuse am Verbindungselement sicher fixiert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin eine ringförmige Sensoreinheit mit einem Sensorelement und einem Verbindungselement. Das Sensorelement befindet sich in einem ringförmigen Gehäuse, das einen ringförmigen Boden mit einer umlaufenden Innenwand und einer umlaufenden Außenwand aufweist. Das Verbindungselement weist einen ringförmigen Boden mit einer umlaufenden Außenwand auf. Das Gehäuse ist ins Verbindungselement eingelegt und mindestens eine Stelle auf einer Oberfläche der Außenwand des Verbindungselements ist relativ zum Gehäuse des Sensorelements verstemmt, sodass das Verbindungselement und das Gehäuse des Sensorelements zueinander fixiert werden.
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In einer Ausführungsform weist das Verbindungselement in seinem Boden mindestens eine Öffnung zur Durchführung eines Kabels des Sensorelements auf. Um die Sensoreinheit an ein weiteres Bauteil beispielsweise ein Wälzlager aufbringen zu können, muss das am Sensorelement verbundenen Kabel vorzugsweise durch den Boden des Verbindungselements durchgeführt werden. Die im Boden des Verbindungselements vorgesehene Öffnung kann dabei eine Orientierung des Kabels und somit auch des Sensorelements bereitstellen.
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Die erfindungsgemäße ringförmige Sensoreinheit ermöglicht, dass zwischen der Sensoreinrichtung und einem Bauteil, beispielsweise einem Wälzlager, eine sichere Verbindung bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen und unter Vibration bereitgestellt werden kann.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den Figuren. Alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale können unabhängig von ihrer Darstellung in einzelnen Ansprüchen, Figuren, Sätzen oder Absätzen miteinander kombiniert werden. In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Sensoreinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt eine Sensoreinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt eine Sensoreinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 4 zeigt eine Sensoreinheit mit einem Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer ringförmigen Sensoreinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 und 2 zeigen eine ringförmige Sensoreinheit 10, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist. Die Sensoreinheit 10 umfasst ein Verbindungselement 1 und ein Sensorelement 2. Das Verbindungselement 1 kann eine Hülse oder ein Gehäuse aus Metall oder Kunststoff sein und weist einen ringförmigen Boden 11 mit einer umlaufenden Außenwand 12 auf. Das Sensorelement 2 befindet sich in einem ringförmigen Gehäuse 3, vorzugsweise aus Kunststoff, wobei das Gehäuse 3 einen ringförmigen Boden 31 mit einer umlaufenden Innenwand 32 und einer umlaufenden Außenwand 33 aufweist.
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Das Sensorelement 2 umfasst eine ringförmige Leiterplatte. Auf der Leiterplatte ist mindestens ein Sensor (nicht gezeigt) angeordnet, der eine Zustandsgröße wie zum Beispiel Drehzahl, Temperatur, Drehwinkel etc. erfasst. An der Leiterplatte ist ein Anschlusskabel 7 befestigt, um zwischen der Sensoreinheit 10 und einer Auswerteeinheit (nicht gezeigt) Daten austauschen zu können oder Energie von einer externen Stromversorgung zu liefern. Es ist jedoch auch möglich, dass die Datenübertragung zur Auswerteeinheit nicht über Kabel, sondern drahtlos, vorzugsweise mittels Funksignal, beispielsweise über Bluetooth, erfolgt. Um das Kabel 7 außerhalb der Sensoreinheit 10 zu führen, weist das Verbindungselement 1 eine Öffnung 5 im seinem Boden auf (in 2). Ferner ist das Gehäuse 3 mit dem eingefügten Sensorelement 2 mit einem niedrigviskosen Vergussmaterial gefüllt, um das Sensorelement 2 gegen Umwelteinflüsse wie zum Beispiel Schmutz, Feuchtigkeit und Staub zu schützen.
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Wie auch in 3 gezeigt, das Gehäuse mit dem Sensorelement 2 wird zur Befestigung am Verbindungselement 1 ins Verbindungselement 1 eingelegt. Im Anschluss wird mindestens eine Stelle 6 vorzugsweise mehrere Stellen auf einer Oberfläche der Außenwand 12 des Verbindungselements 1 relativ zum Gehäuse 3 des Sensorelements 2, vorzugsweise relativ zum Boden 31 des Gehäuses 3 verstemmt. Auf diese Weise können das Verbindungselement 1 und das Gehäuse 3 des Sensorelements 2 zueinander fixiert werden, wobei das Verstemmen nur eine Verformung des Verbindungselements 1 und gegebenenfalls des Gehäuses 3 des Sensorelements 2 verursacht.
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4 zeigt, dass die ringförmige Sensoreinheit 10 auf eine dafür vorgesehene zylindrische Fläche am Wälzlager-Außenring 20 aufgepresst ist. Die Sensoreinheit 10 kann aber auch separat vom Lager direkt in ein Gehäuse gepresst oder eingepresst werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer ringförmigen Sensoreinheit 10. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen S1 eines Sensorelements 2, das sich in einem ringförmigen Gehäuse 3 befindet,
- - Bereitstellen S2 eines Verbindungselements 1,
- - Einlegen S3 des Gehäuses 3 des Sensorelements 2 in das Verbindungselement 1, und
- - Verstemmen S4 mindestens einer Stelle 6 auf einer Oberfläche der Außenwand 12 des Verbindungselements 1 relativ zum Gehäuse 3 des Sensorelements 2, sodass das Verbindungselement 1 und das Gehäuse 3 des Sensorelements 2 zueinander fixiert werden.
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Das Gehäuse 3 weist einen ringförmigen Boden 31 mit einer umlaufenden Innenwand 32 und einer umlaufenden Außenwand 33 auf und das Verbindungselement 1 weist einen ringförmigen Boden 11 mit einer umlaufenden Außenwand 12 auf.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015203861 A1 [0003]
