DE102020132081A1 - Sensor unit for forming a sensor node in a wireless sensor network and wireless sensor network comprising such a sensor node - Google Patents

Sensor unit for forming a sensor node in a wireless sensor network and wireless sensor network comprising such a sensor node Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zur Ausbildung eines Sensorknotens in einem drahtlosen Sensornetzwerk, mit Hilfe dessen der Verschleiß an einem Gleitlager detektiert werden soll. Weiter betrifft die Erfindung ein drahtloses Sensornetzwerk umfassend neben weiteren anderen Sensorknoten auch mindestens einen solchen Sensorknoten.The invention relates to a sensor unit for forming a sensor node in a wireless sensor network, with the aid of which the wear on a plain bearing is to be detected. Furthermore, the invention relates to a wireless sensor network including at least one such sensor node in addition to further other sensor nodes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit zur Ausbildung eines Sensorknotens in einem drahtlosen Sensornetzwerk, mit Hilfe dessen der Verschleiß an einem Gleitlager detektiert werden soll. Weiter betrifft die Erfindung ein drahtloses Sensornetzwerk umfassend neben weiteren anderen Sensorknoten auch mindestens einen solchen Sensorknoten.The invention relates to a sensor unit for forming a sensor node in a wireless sensor network, with the aid of which the wear on a slide bearing is to be detected. The invention further relates to a wireless sensor network comprising at least one such sensor node in addition to other other sensor nodes.

Die Anwendung von Gleitlagern basiert häufig auf sehr langen Laufzeiten, wobei die Kontrolle des Verschleißzustandes des Gleitbelages für den Anwender wichtig ist, um eine gezielte Wartung der Anlage ohne Redundanzen sicherzustellen. Derartige Anwendungen sind beispielsweise Fluttore oder Steinmühlen. Dabei sind aus dem Stand der Technik viele Ansätze bekannt, um eine Verschleißmessung in einem Gleitlager durchzusetzen. Die Lösungsansätze reichen dabei von berührenden, über in den Gleitbelag eingebrachten Strukturen bis hin zu berührungslosen Verfahren. Die Sensorprinzipien reichen von resistiver Technik über Wirbelstrommessungen bis hin zu optischen Messverfahren.The use of plain bearings is often based on very long running times, whereby checking the state of wear of the sliding lining is important for the user in order to ensure targeted maintenance of the system without redundancies. Such applications are, for example, flood gates or stone mills. Many approaches are known from the prior art for implementing a wear measurement in a plain bearing. The solution approaches range from touching structures incorporated into the sliding coating to non-contact processes. The sensor principles range from resistive technology and eddy current measurements to optical measuring methods.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Messung von Verschleiß an Gleitlagern bekannt. Häufig findet eine kontinuierliche Überwachung eines zunehmenden Verschleißes statt.Various approaches for measuring wear on plain bearings are known from the prior art. Increasing wear is frequently monitored continuously.

Die DE 8210726 U1 beschreibt eine Verschleißmessvorrichtung für Gleitlager, bei der eine Tastsonde in Messstellung auf der Gleitfläche eines Lagerrings aufliegt.the DE 8210726 U1 describes a wear measuring device for plain bearings, in which a probe rests on the sliding surface of a bearing ring in the measuring position.

Die EP 3 280 993 B1 beschreibt ein Gleitlager mit einem Sensor für die drahtlose Datenübertragung und einer Lagerverschleißfläche zwischen den beiden Gleitlagerflächen mit einem Verschleißflächensensor umfassend Verbindungsdrähte, die sich aus der Verschleißfläche heraus erstrecken und mit einer Kommunikationseinrichtung verbunden sind. Hiermit wird eine Alarmausgabe bei Erreichen der Verschleißgrenze ermöglicht.the EP 3 280 993 B1 describes a plain bearing with a sensor for wireless data transmission and a bearing wear surface between the two plain bearing surfaces with a wear surface sensor comprising connecting wires which extend out of the wear surface and are connected to a communication device. This enables an alarm to be output when the wear limit is reached.

Sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Ansätze bedürfen eines hohen Verkabelungsaufwandes, der bei vielen Anlagen, wie beispielsweise Steinmühlen, nicht gewünscht ist und unter den vorherrschenden Umgebungsbedingungen auch sehr robust ausgelegt werden muss. Eine Nahfeld-Übertragung, wie die EP 3 280 993 B1 sie beschreibt, ist gerade im Bereich der Steinmühlen aufgrund der schlechten Zugänglichkeit nachteilig. Zumeist wird daher der Verschleißzustand manuell kontrolliert, wofür es notwendig ist, die Anlage außer Betrieb zu setzen. Häufig wird dabei infolge einer Kostenabwägung das Lager vor Erreichen der Verschleißgrenze getauscht.All of the approaches known from the prior art require a great deal of cabling, which is not desired in many systems, such as stone mills for example, and must also be designed to be very robust under the prevailing environmental conditions. A near-field transmission, like that EP 3 280 993 B1 it describes is disadvantageous, especially in the area of stone mills, due to the poor accessibility. The state of wear is therefore usually checked manually, for which it is necessary to put the system out of operation. Due to cost considerations, the bearing is often replaced before the wear limit is reached.

Aus dem Stand der Technik sind ferner drahtlose Sensornetzwerke bekannt. So beschreibt beispielsweise die EP 1 829 291 B1 ein drahtloses Sensor-Netzwerk mit einem Kopfknoten, der mit mehreren Subknoten kommuniziert.Wireless sensor networks are also known from the prior art. For example, describes the EP 1 829 291 B1 a wireless sensor network with a head node that communicates with multiple sub-nodes.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung vorzuschlagen, mit Hilfe deren Gleitlager innerhalb einer Anlage - gegebenenfalls an mehreren Messpunkten eines Gleitlagers sowie an mehreren Gleitlagern - ohne Verdrahtung überwacht werden können. Dabei soll diese Anordnung in eine Messanordnung für weitere Betriebsparameter der Anlage integrierbar sein.The object of the invention is to propose an arrangement with the help of which plain bearings within a system can be monitored without wiring—possibly at a number of measuring points of a plain bearing and at a number of plain bearings. It should be possible to integrate this arrangement into a measurement arrangement for other operating parameters of the system.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoreinheit gemäß Anspruch 1 sowie durch ein drahtloses Sensornetzwerk nach Anspruch 9.This object is achieved by a sensor unit according to claim 1 and by a wireless sensor network according to claim 9.

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ist dafür vorgesehen einen Sensorknoten innerhalb eines drahtlosen Sensornetzwerks auszubilden. Dabei ist der Sensorknoten so ausgebildet, dass er mit einem Zentralknoten unmittelbar oder über weitere in dem Sensornetzwerk eingebundene Sensorknoten kommunizieren kann. Die Sensoreinheit umfasst erfindungsgemäß mindestens eine Energieversorgungseinheit, eine Elektroinikeinheit und einen oder mehrere Sensoren, der/die mit der Elektronikeinheit verbundenen und mit der Energieversorgungseinheit zumindest mittelbar verbundenen ist/sind. Der oder die Sensoren sind dabei dafür vorgesehen und ausgebildet, in einem ersten Lagerring eines Gleitlagers angebracht zu werden und einen Verschleiß eines von dem Gleitlager umfassten Gleitbelags zu detektieren. Vorzugsweise ist dieser erste Lagerring ein Lagerinnenring.The sensor unit according to the invention is intended to form a sensor node within a wireless sensor network. The sensor node is designed in such a way that it can communicate with a central node directly or via other sensor nodes integrated into the sensor network. According to the invention, the sensor unit comprises at least one energy supply unit, an electronics unit and one or more sensors which is/are connected to the electronics unit and is/are at least indirectly connected to the energy supply unit. The sensor or sensors are provided and designed to be attached in a first bearing ring of a plain bearing and to detect wear of a sliding lining comprised by the plain bearing. This first bearing ring is preferably a bearing inner ring.

Der Sensor ist bevorzugt durch einen Wirbelstromsensor gebildet. Es können aber auch andere Messprinzipien zur Messung des Abstandes zur Anwendung kommen. Der Wirbelstromsensor ist bevorzugt zur Messung des Abstandes zu einer elektrisch leitfähigen Oberfläche ausgebildet. Die elektrisch leitfähige Oberfläche kann innerhalb des Lagers oder außerhalb des Lagers gegeben sein und definiert einen Endpunkt des zu messenden Abstandes. Der Wirbelstromsensor umfasst bevorzugt einen Schwingkreis, welcher durch einen Kondensator und durch eine Spule gebildet ist. Der Wirbelstromsensor umfasst zudem bevorzugt einen Oszillator zum Erregen des Schwingkreises. Die elektrisch leitfähige Oberfläche ist bevorzugt auf einem der Gleitlagerringe oder auf einem an diesem anbringbaren Element ausgebildet.The sensor is preferably formed by an eddy current sensor. However, other measuring principles can also be used to measure the distance. The eddy current sensor is preferably designed to measure the distance from an electrically conductive surface. The electrically conductive surface can be inside the bearing or outside of the bearing and defines an endpoint of the distance to be measured. The eddy current sensor preferably includes an oscillating circuit, which is formed by a capacitor and a coil. The eddy current sensor also preferably includes an oscillator for exciting the resonant circuit. The electrically conductive surface is preferably formed on one of the sliding bearing rings or on an element that can be attached to this.

Bei der Energieversorgungseinheit kann es sich beispielsweise um eine Batterie oder um einen beispielsweise induktiv ladbaren Akkumulator handeln.The energy supply unit can be, for example, a battery or an accumulator that can be inductively charged, for example.

Die Elektronikeinheit dient unteranderem zur Ausgabe eines Messsignals, beispielsweise eines Abstandsmesssignals. Das Abstandsmesssignal kann dafür unmittelbar oder mittelbar mit dem Sensor gewonnen werden. Bei dem Abstandsmesssignal handelt es sich bevorzugt um ein Ausgangssignal des Sensors oder alternativ bevorzugt um das durch eine Messsignalvorverarbeitung vorverarbeitete Ausgangssignal des Sensors. Die Elektronikeinheit ist ferner bevorzugt zur Datenübertragung ausgebildet, um das Abstandsmesssignal in Form von digitalen Daten auszugeben. Die Elektronikeinheit ist weiterhin bevorzugt zur Übertragung einer Versorgungsspannung ausgehend von der Energieversorgungseinheit zur elektrischen Versorgung der Sensoreinheit ausgebildet. Die Elektronikeinheit ist weiterhin bevorzugt zur Übertragung von Steuerdaten zur Steuerung des Sensors ausgebildet. Letztlich bildet die Elektronikeinheit bevorzugt die komplette Intelligenz der Sensoreinheit, d.h. von gegebenenfalls Spannungswandlung, Spannungsstabilisierung über Einlesen und Filtern des Sensorsignals, Kompensieren von Störgrößen, Bilden von Kennwerten, Speichern von historischen Daten bis hin zu Steuerung der Ausgabedaten und Kennzeichnung des Status des Systems und seiner Komponenten.The electronics unit is used, among other things, to output a measurement signal, for example a distance measurement signal. For this purpose, the distance measurement signal can be obtained directly or indirectly with the sensor. The distance measurement signal is preferably an output signal of the sensor or alternatively preferably the output signal of the sensor preprocessed by a measurement signal preprocessing. The electronics unit is also preferably designed for data transmission in order to output the distance measurement signal in the form of digital data. The electronics unit is also preferably designed to transmit a supply voltage from the energy supply unit for the electrical supply of the sensor unit. The electronics unit is also preferably designed to transmit control data for controlling the sensor. Ultimately, the electronics unit preferably forms the complete intelligence of the sensor unit, i.e. from voltage conversion, voltage stabilization, reading in and filtering the sensor signal, compensating for disturbance variables, forming characteristic values, storing historical data through to controlling the output data and identifying the status of the system and its components.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Energieversorgungseinheit und die Elektronikeinheit in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.In a preferred embodiment, the energy supply unit and the electronics unit are arranged in a common housing.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit ferner eine Montageeinheit zur Verbindung des ersten Lagerrings mit der Energieversorgungseinheit und der Elektronikeinheit.In a further preferred embodiment, the sensor unit also includes an assembly unit for connecting the first bearing ring to the energy supply unit and the electronics unit.

Dabei kann die Montageeinheit ein Maschinengehäuse durchdringen und den mindestens einen Sensor umfassen.The assembly unit can penetrate a machine housing and include the at least one sensor.

Bevorzugt wird die Elektronikeinheit über die Montageeinheit mit dem mindestens einen Sensor verbunden.The electronics unit is preferably connected to the at least one sensor via the assembly unit.

Weiter bevorzugt ist die Elektronikeinheit über eine Verkabelung mit dem mindestens einen Sensor verbunden.More preferably, the electronics unit is connected to the at least one sensor via cabling.

Weiter bevorzugt befindet sich im Gehäuse die Netzwerkanbindung an das Sensornetzwerk. Diese umfasst beispielsweise Antenne(n) für Bluetooth und ggfls. NFC (für die Inbetriebnahme), die zugehörigen Antennenanpassungen, Sende- und Empfangselektronik (gegebenenfalls in der zentralen Recheneinheit integriert) und die zugehörige Software zur Teilnahme am und Steuerung des Sensornetzwerks.More preferably, the network connection to the sensor network is located in the housing. This includes, for example, antenna (s) for Bluetooth and possibly. NFC (for commissioning), the associated antenna adjustments, transmission and reception electronics (if necessary integrated in the central processing unit) and the associated software for participating in and controlling the sensor network.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor auf Basis einer berührenden Sensorik für eine Abstandsmessung zwischen dem ersten Lagerring und einem zweiten Lagerring des Gleitlagers ausgebildet.In a preferred embodiment, the at least one sensor is designed on the basis of a contact sensor system for measuring the distance between the first bearing ring and a second bearing ring of the plain bearing.

Bei derartigen berührenden Messprinzipien muss eine Materialpaarung genutzt werden, die im Vergleich zum Gleitbelag einen deutlich geringeren Verschleiß beim Kontakt (beispielsweise des Tasters zum Innenring) zeigen und den Innenring gleichzeitig nicht übermäßig schädigen.With such contact measuring principles, a pair of materials must be used which, compared to the sliding coating, shows significantly less wear on contact (e.g. of the probe to the inner ring) and at the same time does not excessively damage the inner ring.

Als berührende Verfahren kommen beispielsweise potentiometrische Verfahren in Betracht. Weiter möglich ist der Einsatz eines Differentialtransformators, eines induktiven Messtasters in Betracht. Möglich ist ebenfalls eine Druckmessung, beispielsweise über eine Druckmessdose, bei der ein Stift auf eine Kraftmessdose drückt. Ebenfalls können magnetische Messprinzipen zum Einsatz kommen, wobei eine Änderung eines Magnetkreises dadurch dedektiert wird, dass der Magnetkern zusammen mit dem Gleitbelag verschleißt.Potentiometric methods, for example, can be considered as contact methods. The use of a differential transformer, an inductive measuring probe, is also possible. A pressure measurement is also possible, for example via a pressure measuring cell, in which a pin presses on a load cell. Magnetic measurement principles can also be used, with a change in a magnetic circuit being detected by the fact that the magnetic core wears out together with the sliding lining.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Sensor auf Basis einer berührungslosen Sensorik für eine Abstandsmessung zwischen dem ersten Lagerring und einem zweiten Lagerring des Gleitlagers ausgebildet. Hier kommt eine induktive Messung (Wirbelstrom) in Betracht. Ebenfalls möglich ist eine optische Laufzeitmessung, wobei für den eingesetzten Laser ein Messfenster im Gleitbelag erforderlich ist. Ebenfalls möglich ist eine akustische Laufzeitmessung, wobei vorteilhaft die Ultraschallmessung durch den Gleitbelag hindurch möglich ist.In a further preferred embodiment, the at least one sensor is designed on the basis of a contactless sensor system for measuring the distance between the first bearing ring and a second bearing ring of the plain bearing. An inductive measurement (eddy current) can be used here. An optical transit time measurement is also possible, whereby a measuring window in the sliding coating is required for the laser used. An acoustic transit time measurement is also possible, with the ultrasonic measurement being advantageously possible through the sliding coating.

Bei einem optischen Messverfahren muss der Innenring als Reflektor dienen. Sowohl bei den berührenden als auch den optischen Verfahren wird ein Messfenster im Gleitbelag benötigt.With an optical measuring method, the inner ring must serve as a reflector. A measuring window in the sliding coating is required for both the contact and the optical methods.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein drahtloses Sensornetzwerk welches einen Zentralknoten und mindestens einen durch eine Sensoreinheit gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildeten Sensorknoten umfasst.The invention also relates to a wireless sensor network which comprises a central node and at least one sensor node formed by a sensor unit as described above.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are presented in more detail below together with the description of the invention with reference to the figures.

Figurenlistecharacter list

  • 1 eine schematische Darstellung eines Sensornetzwerks mit Sensorknoten 1 a schematic representation of a sensor network with sensor nodes
  • 2, 3 und 4 jeweils einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit. 2 , 3 and 4 each a basic structure of a sensor unit according to the invention.

In 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Sensornetzwerks dargestellt, in dem zwischen verschiedenen anderen Sensorknoten auch Sensorknoten basierend auf der erfindungsgemäßen Sensoreinheit 100 integriert sind. Während die übrigen Sensorknoten für die Erfassung beispielsweise von Schwingungs- und Temperaturdaten verwendet wird, kann der Sensorknoten Verschleißdaten erfassen und mithilfe einer eigenständigen Energieversorgung erfassten Sensordaten über ein (nicht dargestelltes) Gateway in eine Cloud senden, so dass diese dort verarbeitet werden und die Verarbeitungsergebnisse über entsprechend angebundene Endgeräte dargestellt werden.In 1 the basic structure of a sensor network is shown, in which sensor nodes based on the sensor unit 100 according to the invention are also integrated between various other sensor nodes. While the other sensor nodes are used to record vibration and temperature data, for example, the sensor node can record wear data and, using an independent power supply, send the sensor data recorded via a gateway (not shown) to a cloud so that it can be processed there and the processing results via correspondingly connected end devices are displayed.

2 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Sensoreinheit 100, die über eine Montageeinheit 115 mit dem Außenring 222 des Gleitlagers 220 verbunden ist. Dabei ist ein Sensor 110 in der Montageeinheit 115 (beispielsweise in einem Gewindebolzen zum Anschrauben) integriert. Dieser Sensor 110 misst beispielsweise mittels Wirbelstrom - also kontaktlos - die Entfernung zum Innenring 221 und somit die Dicke des Gleitbelags 223. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht in der einfachen Montierbarkeit. Der Nachteil eines Aufbaus mit nur einem Sensor 110 besteht in der Notwendigkeit, den Sensor 110 entsprechend der Verschleißrichtung auszurichten oder bei dessen Abweichen aus der Verschleißachse mit entsprechend reduzierter Amplitude, diese bei Kenntnis des Winkelversatzes zu korrigieren. In einem mit der Montageeinheit 115 verbundenen Gehäuse 112 sind eine Energieversorgungseinheit 113 und eine Elektronikeinheit 114 angeordnet. 2 shows a basic structure of a sensor unit 100, which is connected to the outer ring 222 of the plain bearing 220 via an assembly unit 115. A sensor 110 is integrated in the assembly unit 115 (for example in a threaded bolt for screwing on). This sensor 110 measures the distance to the inner ring 221 and thus the thickness of the sliding lining 223, for example by means of eddy current—that is, without contact. One advantage of this arrangement is that it is easy to assemble. The disadvantage of a structure with only one sensor 110 is the need to align the sensor 110 according to the direction of wear or, if it deviates from the wear axis with a correspondingly reduced amplitude, to correct this if the angular offset is known. An energy supply unit 113 and an electronics unit 114 are arranged in a housing 112 connected to the mounting unit 115 .

Dabei kann die Montageeinheit 115 auch ein (hier nicht dargestelltes) Maschinengehäuse durchdringen und den mindestens einen Sensor umfassen. Ein solches Maschinengehäuse wäre über dem Außenring 222 angeordnet.The mounting unit 115 can also penetrate through a machine housing (not shown here) and include the at least one sensor. Such a machine housing would be placed over the outer ring 222 .

Ebenfalls im Gehäuse 112 befindet sich hier die Netzwerkanbindung 116. Diese umfasst beispielsweise Antenne(n) für Bluetooth und gegebenenfalls NFC (für die Inbetriebnahme), die zugehörigen Antennenanpassungen, Sende- und Empfangselektronik (gegebenenfalls in der zentralen Recheneinheit integriert) und die zugehörige Software zur Teilnahme am und Steuerung des Sensornetzwerks.The network connection 116 is also located here in the housing 112. This includes, for example, antenna(s) for Bluetooth and, if necessary, NFC (for commissioning), the associated antenna adjustments, transmission and reception electronics (if necessary, integrated in the central processing unit) and the associated software for Participation in and control of the sensor network.

3 zeigt einen weiteren prinzipiellen Aufbau einer Sensoreinheit 100. Hierbei ist der Sensor 110 über eine Verkabelung 111 direkt im Außenring 222 des Gleitlagers 220 angeordnet. Er ist damit versetzt zur Montageeinheit 115 angeordnet. Wiederum sind in einem mit der Montageeinheit 115 verbundenen Gehäuse 112 eine Energieversorgungseinheit 113, eine Elektronikeinheit 114 und eine Netzwerkanbindung 116 angeordnet. 3 shows a further basic structure of a sensor unit 100. In this case, the sensor 110 is arranged directly in the outer ring 222 of the plain bearing 220 via a cabling 111. It is thus offset from the assembly unit 115 . A power supply unit 113, an electronics unit 114 and a network connection 116 are again arranged in a housing 112 connected to the mounting unit 115.

Diese versetzte Anordnung kann in manchen Einbausituationen des Gleitlagers 220 erforderlichen, um beispielsweise das Sensornetzwerk im Hinblick auf einen notwendigen Funkempfang sicher etablieren zu können. In manchen Fällen kann aber auch die Montageeinheit 115 nicht an der für die Anbringung des Sensors 110 erforderlichen Position angebracht werden oder die Sensoreinheit 100 kann nicht in Verschleißrichtung montiert werden. In diesen Fällen wird der Sensor 110 über eine Verkabelung 111 versetzt am Gleitlager 220 montiert, so dass die Sensoreinheit an beliebiger anderer Stelle montiert werden kann.This offset arrangement may be necessary in some installation situations of the plain bearing 220 in order to be able to reliably establish the sensor network with regard to the necessary radio reception, for example. However, in some cases, the mounting unit 115 cannot be attached to the position required for mounting the sensor 110, or the sensor unit 100 cannot be mounted in the wear direction. In these cases, the sensor 110 is mounted offset on the plain bearing 220 via a cabling 111, so that the sensor unit can be mounted at any other location.

4 zeigt in Anlehnung an den Aufbau aus 3 einen weiteren prinzipiellen Aufbau einer Sensoreinheit 100 mit einer Anordnung mehrerer Sensoren 110a, 110b, 110c, die über eine Verkabelung 110 mit dem Gehäuse 112 verbunden sind, in welchem wiederum eine Energieversorgungseinheit 113, eine Elektronikeinheit 114 und eine Netzwerkanbindung 116 angeordnet sind. Das Gehäuse 112 ist über eine Montageeinheit 115 mit einer Anlage 210 verbunden. Die dargestellte Sensoreinheit 100 kann damit mehrere Messstellen an einem Gleitlager 220 erfassen. Durch diesen mehrkanaligen Ansatz muss das Gleitlager 220 nicht richtungsgebunden eingebaut werden, da über die drei Messstellen ein Verschleiß in beliebiger Richtung detektierbar ist. 4 zeigt nur beispielhaft eine Dreifachanordnung. Denkbar ist jede beliebige Anzahl von Messstellen. 4 shows based on the structure 3 Another basic structure of a sensor unit 100 with an arrangement of a plurality of sensors 110a, 110b, 110c, which are connected via cabling 110 to the housing 112, in which in turn an energy supply unit 113, an electronics unit 114 and a network connection 116 are arranged. The housing 112 is connected to a system 210 via an assembly unit 115 . The sensor unit 100 shown can thus detect a number of measuring points on a slide bearing 220 . Due to this multi-channel approach, the slide bearing 220 does not have to be installed in a specific direction, since wear can be detected in any direction via the three measuring points. 4 shows only an example of a triple arrangement. Any number of measuring points is conceivable.

BezugszeichenlisteReference List

100100
Sensoreinheitsensor unit
110110
Sensorsensor
110a110a
Sensorsensor
110b110b
Sensorsensor
110c110c
Sensorsensor
111111
Verkabelungcabling
112112
GehäuseHousing
113113
Energieversorgungseinheitpower supply unit
114114
Elektronikeinheitelectronics unit
115115
Montageeinheitassembly unit
116116
Netzwerkanbindung network connectivity
200200
Anlageattachment
210210
Maschinengehäusemachine housing
220220
Gleitlagerbearings
221221
Innenringinner ring
222222
Außenringouter ring
223223
Gleitbelagsliding coating

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 8210726 U1 [0004]DE 8210726 U1 [0004]
  • EP 3280993 B1 [0005, 0006]EP 3280993 B1 [0005, 0006]
  • EP 1829291 B1 [0007]EP 1829291 B1 [0007]

Claims (9)

Sensoreinheit (100) zur Ausbildung eines Sensorknotens, der dafür ausgebildet ist, in einem drahtlosen Sensor-Netzwerk mit einem Zentralknoten unmittelbar oder über weitere in dem Sensor-Netzwerk eingebundene Sensorknoten zu kommunizieren, wobei die Sensoreinheit (100) mindestens umfasst: - eine Energieversorgungseinheit (113) - eine Elektronikeinheit (114) und - mindestens einen mit der Elektronikeinheit (114) verbundenen und mit der Energieversorgungseinheit (113) zumindest mittelbar verbundenen Sensor (110, 110a, 11 0b, 110c), der dafür ausgebildet ist, in einem ersten Lagerring (221, 222) eines Gleitlagers (220) angebracht zu werden und einen Verschleiß eines von dem Gleitlager (220) umfassten Gleitbelags (223) zu detektieren.Sensor unit (100) for forming a sensor node, which is designed to communicate in a wireless sensor network with a central node directly or via other sensor nodes integrated in the sensor network, the sensor unit (100) comprising at least: - a power supply unit (113) - an electronic unit (114) and - at least one sensor (110, 110a, 110b, 110c) connected to the electronics unit (114) and at least indirectly connected to the energy supply unit (113), which is designed to be mounted in a first bearing ring (221, 222) of a plain bearing (220 ) to be attached and to detect wear of a sliding lining (223) comprised by the plain bearing (220). Sensoreinheit (100) nach Anspruch 1, wobei die Energieversorgungseinheit (113) und die Elektronikeinheit (114) in einem gemeinsamen Gehäuse (112) angeordnet sind.Sensor unit (100) after claim 1 , wherein the power supply unit (113) and the electronics unit (114) are arranged in a common housing (112). Sensoreinheit (100) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Montageeinheit (115) zur Verbindung des ersten Lagerrings (221, 222) mit der Energieversorgungseinheit (113) und der Elektronikeinheit (114).Sensor unit (100) after claim 1 or 2 , Further comprising a mounting unit (115) for connecting the first bearing ring (221, 222) to the power supply unit (113) and the electronics unit (114). Sensoreinheit (100) nach Anspruch 3, wobei die Montageeinheit (115) ein Maschinengehäuse (210) durchdringt und den mindestens einen Sensor (110, 110a, 110b, 110c) umfasst.Sensor unit (100) after claim 3 , The assembly unit (115) penetrating a machine housing (210) and comprising the at least one sensor (110, 110a, 110b, 110c). Sensoreinheit (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Elektronikeinheit (114) über die Montageeinheit (115) mit dem mindestens einen Sensor (110, 110a, 110b, 110c) verbunden ist.Sensor unit (100) according to one of claims 2 until 4 , wherein the electronics unit (114) is connected to the at least one sensor (110, 110a, 110b, 110c) via the mounting unit (115). Sensoreinheit (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Elektronikeinheit (114) über eine Verkabelung (111) mit dem mindestens einen Sensor (110, 110a, 110b, 110c) verbunden ist.Sensor unit (100) according to one of claims 2 until 4 , wherein the electronics unit (114) is connected to the at least one sensor (110, 110a, 110b, 110c) via cabling (111). Sensoreinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine Sensor (110, 110a, 110b, 110c) auf Basis einer berührenden Sensorik für eine Abstandsmessung zwischen dem ersten Lagerring und einem zweiten Lagerring des Gleitlagers (220) ausgebildet ist.Sensor unit (100) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the at least one sensor (110, 110a, 110b, 110c) is designed on the basis of a contact sensor for measuring the distance between the first bearing ring and a second bearing ring of the plain bearing (220). Sensoreinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine Sensor (110, 110a, 110b, 110c) auf Basis einer berührungslosen Sensorik für eine Abstandsmessung zwischen dem ersten Lagerring und einem zweiten Lagerring des Gleitlagers (220) ausgebildet ist.Sensor unit (100) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the at least one sensor (110, 110a, 110b, 110c) is designed on the basis of a contactless sensor system for measuring the distance between the first bearing ring and a second bearing ring of the plain bearing (220). Drahtloses Sensornetzwerk umfassend einen Zentralknoten und mindestens einen durch eine Sensoreinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildeten Sensorknoten.Wireless sensor network comprising a central node and at least one by a sensor unit (100) according to one of Claims 1 until 8th trained sensor node.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3786591B1 (en) * 2019-08-30 2022-11-02 Flender GmbH Sensor unit and transmission comprising at least one such sensor unit

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8210726U1 (en) 1982-04-16 1982-08-12 Skf Kugellagerfabriken Gmbh, 8720 Schweinfurt Wear measuring device for bearings
DE102008018611A1 (en) 2008-04-11 2009-10-15 Riemer, Detlef, Prof. Dr.-Ing. Contact measuring method for surveying surface area of operating roller bearings and roller guides, involves detecting symptoms of wear and fatigue by tactile surface sensor integrated in roller bearings and roller guides
EP1829291B1 (en) 2004-12-22 2015-09-09 Wirepas Oy Energy efficient wireless sensor network and a method for arranging communications in a wireless sensor network
US20160011076A1 (en) 2012-04-24 2016-01-14 Aktiebolaget Skf Method, computer program product & system
DE102016221610A1 (en) 2016-11-04 2018-05-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Distance measuring module for measuring a distance in a bearing as well as sensor set and bearing arrangement
DE102017119305A1 (en) 2017-08-23 2019-02-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Device and method for monitoring a device with a sliding bearing device
EP3280993B1 (en) 2015-04-07 2020-10-14 New Hampshire Ball Bearing Inc. Bearing with wear sensor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10324924B4 (en) * 2003-06-03 2021-08-26 Ab Skf Method for determining a load absorbed by a plain bearing with spherical or cylindrical bearing surfaces
US7705743B2 (en) * 2006-03-01 2010-04-27 L-3 Communications Corporation Self-assembling wireless network, vehicle communications system, railroad wheel and bearing monitoring system and methods therefor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8210726U1 (en) 1982-04-16 1982-08-12 Skf Kugellagerfabriken Gmbh, 8720 Schweinfurt Wear measuring device for bearings
EP1829291B1 (en) 2004-12-22 2015-09-09 Wirepas Oy Energy efficient wireless sensor network and a method for arranging communications in a wireless sensor network
DE102008018611A1 (en) 2008-04-11 2009-10-15 Riemer, Detlef, Prof. Dr.-Ing. Contact measuring method for surveying surface area of operating roller bearings and roller guides, involves detecting symptoms of wear and fatigue by tactile surface sensor integrated in roller bearings and roller guides
US20160011076A1 (en) 2012-04-24 2016-01-14 Aktiebolaget Skf Method, computer program product & system
EP3280993B1 (en) 2015-04-07 2020-10-14 New Hampshire Ball Bearing Inc. Bearing with wear sensor
DE102016221610A1 (en) 2016-11-04 2018-05-09 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Distance measuring module for measuring a distance in a bearing as well as sensor set and bearing arrangement
DE102017119305A1 (en) 2017-08-23 2019-02-28 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Device and method for monitoring a device with a sliding bearing device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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