-
Die Erfindung betrifft Sensoranordnung mit dem Merkmal Oberbegriffs des Anspruchs 1.
-
Sensoren werden vielfach in Bauteile integriert, um in dieser Position unmittelbar auf Messgrößen zugreifen und zudem montagefreundlich ausgebildet sein zu können. Beispielsweise ist es bekannt, Sensoren in Bohrungen von Wälzlagern oder dergleichen einzubringen und diese über Schraubdeckel zu fixieren, wobei durch die Schraubdeckel die Kabel der Sensoren durchgeführt werden.
-
Beispielsweise zeigt die Druckschrift
DE69601475T2 , die den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ein Wälzlager mit zwei Reihen von Wälzelementen, die mit einer integrierten Einrichtung zum Erkennen der Rotationsgeschwindigkeit versehen sind, zu der ein Kodierelement, das mit den umlaufenden Teilen des Lagers fest verbunden ist, und ein Aufnehmer gehören, der mit den stillstehenden Teilen des Lagers fest verbunden ist. Der Aufnehmer ist in einer Bohrung des Außenrings angeordnet und weist einen Schraubdeckel auf, durch den die Anschlusskabel geführt sind. Der Schraubdeckel ist an der radialen Außenseite wie eine Mutter geformt, so dass dieser mit einem Gabelschlüssel ein- und ausgeschraubt werden kann.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoranordnung vorzuschlagen, welche besonders bauraumsparend ausgebildet ist. Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Sensoranordnung, welche insbesondere als ein Teilbereich von einem Wälzlager oder dergleichen ausgebildet sein kann.
-
Die Sensoranordnung weist einen Grundkörper auf, wobei der Grundkörper beispielsweise aus Metall gebildet ist. In dem Grundkörper ist eine Aufnahmeöffnung angeordnet. Die Aufnahmeöffnung kann insbesondere als eine Durchgangsöffnung oder bevorzugt als eine Sacklochöffnung ausgebildet sein. Im Speziellen ist die Aufnahmeöffnung als eine Bohrung realisiert.
-
Die Sensoranordnung weist einen Sensoreinsatz auf, wobei der Sensoreinsatz in der Aufnahmeöffnung angeordnet ist. Insbesondere umfasst der Sensoreinsatz einen Sensor zur Erfassung einer Messgröße. Optional ergänzend weist der Sensoreinsatz eine Auswerteeinrichtung auf, wobei die Auswerteeinrichtung mit dem Sensor signaltechnisch und/oder datentechnisch verbunden ist und wobei die Auswerteeinrichtung ein Meßsignal des Sensors aufnimmt und auswertet, um die Messgröße abzuleiten.
-
Die Sensoranordnung weist ein Kabel zur Anbindung des Sensoreinsatzes auf. Über das Kabel können eine Spannungsversorgung für den Sensoreinsatz und/oder eine Signalanbindung für den Sensoreinsatz umgesetzt sein. Insbesondere ist das Kabel mit dem Sensoreinsatz mechanisch und/oder elektronisch bzw. elektrisch verbunden.
-
Die Sensoranordnung weist einen Dichtungseinsatz auf, wobei der Dichtungseinsatz bevorzugt aus Kunststoff, insbesondere aus einem Gummi oder aus einem Elastomer gefertigt ist. Der Grundkörper weist einen Dichtungssitz auf, wobei der Dichtungseinsatz dichtend an dem Dichtungssitz anliegt. Der Dichtungssitz ist insbesondere koaxial zu der Aufnahmeöffnung angeordnet, so dass der Dichtungseinsatz die Aufnahmeöffnung und/oder den Dichtungssitz abdichtet.
-
Die Sensoranordnung weist eine Druckschraube zur Befestigung von dem Dichtungseinsatz und/oder von dem Sensoreinsatz auf. In dem Grundkörper ist ein Gewinde angeordnet. Vorzugsweise ist das Gewinde koaxial zu der Aufnahmeöffnung positioniert. Die Druckschraube ist in das Gewinde eingeschraubt, wobei in der Einbaulage die Druckschraube den Dichtungseinsatz gegen den Dichtungssitz presst. Auf diese Weise wird die Aufnahmeöffnung und/oder der Dichtungssitz durch den Dichtungseinsatz abgedichtet.
-
Es ist vorgesehen, dass das Kabel durch den Dichtungseinsatz und die Druckschraube durchgeführt ist. Beispielsweise weisen der Dichtungseinsatz und/oder die Druckschraube mindestens oder genau eine, insbesondere koaxial angeordnete Durchgangsöffnung auf. Bei der Sensoranordnung wird somit der Sensoreinsatz mit dem daran befestigten Kabel in die Aufnahmeöffnung angeordnet und über den Dichtungseinsatz und die Druckschraube in dem Grundkörper fixiert. Insbesondere dichtet der Dichtungseinsatz zudem das durch den Dichtungseinsatz durchgeführte Kabel ab. Es kann auch vorgesehen sein, dass durch den Dichtungseinsatz mehrere derartige Kabel durchgeführt werden. Insgesamt dichtet der Dichtungseinsatz somit umlaufend den Dichtungssitz und zudem das Kabel ab, so dass die Aufnahmeöffnung durch den Dichtungseinsatz fluiddicht abgedichtet ist.
-
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Druckschraube bündig oder sogar versenkt in dem Grundkörper angeordnet ist. Insbesondere ist die Druckschraube hinter einer Außenfläche des Grundkörpers zurückgesetzt. Auf diese Weise bildet die Druckschraube keine zusätzliche Störkontur an dem Grundkörper. Durch diese Konstruktion wird somit ferner sind die Anzahl der Kontaktflächen sehr gering. Durch die Abdichtung des Kabels mit dem Dichtungseinsatz wird zudem eine gute Zugentlastung des Kabels zu dem Sensoreinsatz erreicht. Insbesondere ergibt sich eine bauraumsparende und vorteilhafte Lösung für eine Sensoranordnung.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtung eine konusförmige Dichtfläche und/oder der Dichtungssitz eine konusförmige Gegendichtfläche auf. Unter eine konusförmige Fläche wird eine Rotationsfläche verstanden, welche durch eine um eine Hauptachse der Sensoranordnung und/oder Aufnahmeöffnung rotierende, beliebige Kurve gebildet ist. Beispielsweise kann die Kurve als ein Kreisabschnitt ausgebildet sein. Durch die konusförmige Ausgestaltung ergibt sich eine hervorragende Dichtwirkung beim Zuschrauben der Druckschraube zwischen dem Dichtungseinsatz und dem Dichtungssitz.
-
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Dichtungseinsatz einen kegelförmige, insbesondere kegelstumpfförmige, Dichtfläche auf und/oder ist die Gegendichtfläche des Dichtungssitzes kegelförmig ausgebildet. Bei der Kegelform ist die rotierende Kurve als ein gerader Streckenabschnitt ausgebildet.
-
Bei beiden Ausführungsformen wird die Dichtungswirkung durch Einschrauben der Druckschraube und Erhöhung des Drucks auf den Dichtungseinsatz vergrößert. Zudem wird der Dichtungseinsatz zur Hauptachse des Sensoreinsatzes hin komprimiert, so dass das Kabel dichtend aufgenommen ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Zuverlässigkeit der Sensoranordnung erhöht.
-
Prinzipiell ist es möglich, dass das Gewinde durch einen separaten Gewindeeinsatz dargestellt wird, welcher in dem Grundkörper angeordnet und/oder befestigt ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Gewinde in den Grundkörper eingeformt, insbesondere eingeschnitten. Dadurch, dass das Gewinde in den Grundkörper eingeformt/eingeschnitten ist, wird eine weitere Dichtfläche zwischen dem Gewindeeinsatz und dem Grundkörper eingespart.
-
Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist das Gewinde als ein Panzergewinde ausgebildet. Bevorzugt ist das Panzergewinde nach der DIN-Norm DIN 40430 realisiert. Beispielsweise weist das Panzergewinde einen Flankenwinkel von 80° auf. Der Vorteil des Panzergewindes ist es, dass dieses eine dünnwandige Druckschraube befestigen kann, da die Gewindetiefe bei dem Panzergewinde üblicherweise gering ist. Somit kann besonders viel Bauraum für den Dichtungseinsatz und das Kabel bereitgestellt werden.
-
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist die Sensoranordnung eine Druckscheibe auf, wobei die Druckscheibe zwischen der Druckschraube und dem Dichtungseinsatz angeordnet ist. Insbesondere ist die Druckscheibe als eine Ringscheibe ausgebildet. Durch die Druckscheibe wird der von der Druckschraube aufgewendete Druck auf den Dichtungseinsatz homogen verteilt und außerdem die Reibung beim Eindrehen der Druckschraube verringert.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Dichtungseinsatz sowie die Druckschraube und/oder - soweit vorhanden - die Druckscheibe geschlitzt, so dass das Kabel seitlich in diese Komponenten der Sensoranordnung eingeführt werden kann. Alternativ kann die Druckschraube und/oder - soweit vorhanden - die Druckscheibe geteilt sind. Insbesondere ist die jeweilige Komponente zweiteilig oder sogar mehrteilig ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Montage auch bei einem Sensoreinsatz mit bereits konfektioniertem Kabel sowie einem Stecker oder einer Buchse auf dem Kabel umgesetzt werden kann, da die genannten Komponenten über den Schlitz in einfacher Weise auf das Kabel aufgeschoben bzw. geteilt aufgesteckt werden können. Insbesondere unterbricht der Schlitz die jeweilige Komponente in Umlaufrichtung, so dass ein Zugang zu der Durchgangsöffnung der Komponente gebildet ist.
-
Es ist besonders bevorzugt, dass die Druckschraube einen axial zugänglichen Schraubenantrieb aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Druckschraube bündig oder sogar versenkt in dem Grundkörper anzuordnen, da diese radial von außen nicht kontaktiert werden muss. Beispielsweise weist die Druckschraube Stirnlöcher auf, welche in axialer Richtung zu der Druckschraube verlaufen, welche für einen Stirnlochschlüssel angepasst sind.
-
Es ist bevorzugt, dass sich die Aufnahmeöffnung schräg zu einer oder der angrenzenden Außenfläche des Grundkörpers erstreckt. Soweit die Außenfläche eben ausgebildet ist, kann sich die Aufnahmeöffnung schräg zu dieser Fläche erstrecken. Sofern die Außenfläche zylinderförmig oder kreisförmig ausgebildet ist, kann sich die Aufnahmeöffnung beispielsweise schräg zu einer Geraden, welche auf der Außenfläche verläuft, erstrecken.
-
Bei einer möglichen Anwendung der Erfindung ist der Grundkörper als ein Wälzkörperring ausgebildet, wobei dieser als ein Außenring oder als ein Innenring realisiert sein kann. Der Sensoreinsatz kann als einen Temperatursensorsensor und/oder einen Spannungssensor zur Messung von mechanischen Spannungen und/oder einen Vibrationssensor aufweisen. Durch die Integration des jeweiligen Sensors in der Sensoranordnung kann bauraumsparend eine wichtige Messgröße von dem Grundkörper, insbesondere dem Wälzkörperring abgeleitet werden.
-
Anders ausgedrückt betrifft die Erfindung eine Sensoranordnung mit einem bündigen Abschluss zum Werkstück, mit einer möglichst geringen Anzahl an Bauteilen zur Realisierung der Kabelverschraubung sowie der optionalen Möglichkeit, dass der Einsatz der Kabelverschraubung auch bei bereits konfektionierten Kabeln möglich sein soll. Hierzu wird die Kabelverschraubung als integrierter Bestandteil an dem zu sensierenden Bauteil (z.B. Wälzlager) ausgebildet, um eine Zugentlastung für das Kabel zu realisieren. Dabei ist die Kabelverschraubung so gestaltet, dass sie mit einem geeigneten Montagewerkzeug (z.B. einem Stirnlochschlüssel) montiert werden kann. In einem Gehäuse (z.B. Lagerring) als Grundkörper wird eine Bohrung als die Aufnahmeöffnung eingebracht. Der untere Abschnitt der Bohrung dient als Aufnahmeraum für einen Sensor (z.B. Temperatursensor oder Sensor zur Aufnahme der mechanischen Bauteilspannungen) inkl. der zugehörigen Elektronik als Sensoreinsatz. Am Sensoreinsatz befindet sich das Kabel für die Spannungsversorgung und/oder dem Transport der Sensorsignale. Im oberen Bereich der Bohrung befindet sich ein Konus als Dichtungssitz und ein Gewinde. Im Bereich des Konus wird eine elastische Dichtung in Form des Dichtungseinsatzes mit zentrischer Bohrung platziert, durch die das Kabel geführt wird. Im Gewinde wird die Druckschraube eingebracht, die die elastische Dichtung über den Konus in die Bohrung presst und elastisch verformt. Durch die Verformung wird eine Zugentlastung am Kabelmantel des Kabels realisiert und die Bohrung abgedichtet (Schutz des Sensors und der Elektronik vor Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und chemische Substanzen). Optional befindet sich zwischen der elastischen Dichtung und Druckschraube die Druckscheibe, um die Reibung zur Dichtung beim Einschrauben der Druckschraube zu minimieren und den Druck möglichst gleichmäßig auf die obere Stirnfläche der Dichtung zu verteilen. Druckschraube und Druckscheibe sind so gestaltet, dass das Kabel durchgeführt werden kann.
-
In einer weiteren Ausführung sind Druckschraube, Druckscheibe und elastische Dichtung zweiteilig bzw. geschlitzt ausgeführt, um bereits konfektionierte Kabel verwenden zu können. Da durch die Druckscheibe das Kabel geführt ist, ist ein spezieller Schraubenantrieb notwendig. Eine mögliche Lösung sind Stirnlöcher im Schraubenkopf, um die Schraube mit einem Stirnlochschlüssel zu montieren.
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figur. Diese zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Die 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung eine Sensoranordnung 1, wobei die Sensoranordnung 1 beispielsweise in einem Wälzlagerring 2 angeordnet ist, welcher einen Grundkörper 3 der Sensoranordnung 1 bildet oder zumindest mit bildet. Der Grundkörper 3 ist beispielsweise aus Metall gefertigt.
-
In dem Grundkörper 3 ist eine Aufnahmeöffnung 4 eingebracht, welche in diesem Ausführungsbeispiel als eine Bohrung ausgebildet ist und ein Sackloch bildet. Eine Eingangsöffnung 5 von der Aufnahmeöffnung 4 ist in einer Außenfläche 6 des Grundkörpers 3, insbesondere des Wälzlagerrings 2 angeordnet. Beispielsweise kann es sich bei der Außenfläche 6 um eine Stirnseite handeln, wobei die Längserstreckung einer Hauptachse 100 der Aufnahmeöffnung 4 schräg und/oder gewinkelt zu der Außenfläche 6 ausgerichtet ist. Alternativ hierzu kann die Außenfläche 6 durch einen Außenumfang des Grundkörpers 3, insbesondere des Wälzlagerrings 2 ausgebildet sein, wobei die Hauptachse 100 der Aufnahmeöffnung 4 gewinkelt und/oder schräg zu einer Geraden auf der Außenfläche 6 ausgerichtet ist.
-
Die Sensoranordnung 1 weist einen Sensoreinsatz 7 auf, wobei der Sensoreinsatz 7 in der Aufnahmeöffnung 4 angeordnet ist. Der Sensoreinsatz 7 kann kontaktierend oder kontaktlos zu dem Grundkörper 3 in der Aufnahmeöffnung 4 angeordnet sein. Der Sensoreinsatz 7 weist einen nicht gesondert dargestellten Sensor auf, wobei der Sensor zur Erfassung von einer Messgröße von dem Grundkörper 3 oder von der Baugruppe des Grundkörpers 3 ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Sensor als ein Temperatursensor ausgebildet, so dass dieser als Messgröße eine Temperatur des Grundkörpers 3 erfassen kann. Alternativ hierzu ist der Sensor als Spannungssensor zur Erfassung von mechanischen Spannungen in dem Grundkörper 3 ausgebildet. Beispielsweise weist der Spannungssensor einen Dehnmeßstreifen zur Erfassung der mechanischen Spannung auf. Alternativ oder ergänzend kann der Sensor als ein Vibrationssensor oder sogar als Mikrofon zur Erfassung von Schall, insbesondere von Körperschall in dem Grundkörper 3 ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Sensoreinsatz 7 über mehrere derartige Sensoren verfügt.
-
Ferner weist der Sensoreinsatz 7 optional eine Auswerteeinrichtung auf, wobei die Auswerteeinrichtung programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, ein Sensorsignal von dem Sensor zu übernehmen und daraus die Messgröße abzuleiten. Die Auswerteeinrichtung kann auch als eine Auswerteschaltung ausgebildet sein.
-
Die Sensoranordnung 1 weist ein Kabel 8 auf wobei das Kabel 8 mit dem Sensoreinsatz 7 elektrisch leitend verbunden ist. Das Kabel 8 dient insbesondere zur Spannungsversorgung von dem Sensoreinsatz 7 und/oder zur Datenkommunikation mit dem Sensoreinsatz 7. Es ist auch möglich, dass die Sensoranordnung 1 mehrere derartige Kabel 8 aufweist.
-
Die Sensoranordnung 1 weist einen Dichtungseinsatz 9 auf, der Grundkörper 3 weist einen Dichtungssitz 10 auf, wobei der Dichtungseinsatz 9 dichtend an dem Dichtungssitz 10 anliegt. Der Dichtungseinsatz 9 weist eine Dichtfläche auf, wobei die Dichtfläche in einer Kegelstumpfform ausgebildet ist. Der Dichtungssitz 10 ist durch das Grundmaterial des Grundkörpers 3 gebildet und weist eine Kegelstumpfform auf, wobei der jeweilige Kegelwinkel von Dichtfläche und Gegendichtfläche gleich sind, so dass der Dichtungseinsatz 9 die Aufnahmeöffnung 4 umlaufend zu dem Dichtungssitz 10 und damit zu dem Grundkörper 3 dichtet. Die axialen Stirnseiten, insbesondere die nach außen weisende axiale Stirnseite, des Dichtungseinsatzes ist plan ausgebildet.
-
Ferner weist die Sensoranordnung eine Druckschraube 11 auf, wobei die Druckschraube 11 als ein zylinderförmiges, insbesondere hohlzylinderförmiges Teil ausgebildet ist, welches an dem Außenumfang ein Außengewinde aufweist. Anschließend an den Dichtungssitz 9 weist der Grundkörper 3 koaxial zu der Hauptachse 100 ein korrespondierendes Gewinde 12, welches als Innengewinde ausgebildet ist, auf, wobei die Druckschraube 11 über das Außengewinde in das Gewinde 12 von dem Grundkörper 3 eingeschraubt ist. Beispielsweise sind die Gewinde als ein Panzergewinde ausgebildet. Durch das Einschrauben der Druckschraube 11 in das Gewinde 12 bewegt sich die Druckschraube 11 in axialer Richtung zu der Hauptachse 100 und presst den Dichtungseinsatz 9 gegen den Dichtungssitz 10, so das die Abdichtung erfolgt.
-
Das Kabel 8 ist sowohl durch den Dichtungseinsatz 9 als auch durch die Druckschraube 11 zentral durchgeführt, wobei der Dichtungseinsatz 9 das Kabel 8 umlaufend abdichtet. Insgesamt dichtet somit der Dichtungseinsatz 9 die Aufnahmeöffnung 4 vollständig gegenüber dem Kabel 8 und dem Dichtungssitz 10 ab. Optional kann zwischen der Druckschraube 11 und dem Dichtungseinsatz 9 eine Druckscheibe 13 angeordnet sein, wobei die Druckscheibe 13 als eine Ringscheibe ausgebildet ist, welche sich mit der einen axialen Stirnseite an dem Dichtungseinsatz 9 und mit der anderen axialen Stirnseite an der Druckschraube 11 abstützt. Die Druckscheibe 13 homogenisiert den Druck der Druckschraube 11 auf den Dichtungseinsatz 9 und verringert zudem die Reibung zwischen der Druckschraube 11 und dem Dichtungseinsatz 9.
-
Für eine verbesserte Montagemöglichkeit, insbesondere wenn das Kabel 8 vollständig konfektioniert mit dem Sensoreinsatz 7 auf der einen Seite und mit einer Buchse oder einem Stecker auf der anderen Seite versehen ist, kann der Dichtungseinsatz 9, die Druckschraube 11 sowie die Druckscheibe 13 seitlich geschlitzt sein, so dass das Kabel 8 seitlich in den Dichtungseinsatz 9, die Druckschraube 11 und/oder die Druckscheibe 13 eingeführt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, zunächst das Kabel 8 vollständig zu konfektionieren und dann zur Befestigung der für die Abdichtung und Montage notwendigen Komponenten in radialer Richtung auf das Kabel 8 aufzuschieben.
-
Die Druckschraube 11 ist in der Einbauposition gegenüber der Außenfläche 6 versenkt angeordnet, so dass außerhalb der Außenfläche 6 nur durch das Kabel 8, nicht jedoch durch die Druckschraube 11 eine Störkontur entsteht. Nachdem die Druckschraube 11 mit dem Außenumfang vollständig in dem Grundkörper 3 versenkt ist, ist es nicht möglich, einen Schraubenantrieb für die Druckschraube 11 an dem Außenumfang zu platzieren. Vielmehr weist die Druckschraube 11 einen Schraubenantrieb auf, welcher aus der axialen Richtung betätigbar ist. Beispielsweise weist die Druckschraube 11 Stirnlöcher auf, welche sich in axialer Richtung erstrecken und welche einen Stirnlochschlüssel aufnehmen können, so dass auf diese Weise ein Schraubenantrieb zur Montage und Demontage gebildet ist. Die Stirnlöcher sind insbesondere in einem Kreisringbereich angeordnet, dessen Innenumfang größer als der Durchgangsbereich für das Kabel 8 ausgebildet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sensoranordnung
- 2
- Wälzlagerring
- 3
- Grundkörper
- 4
- Aufnahmeöffnung
- 5
- Eingangsöffnung
- 6
- Außenfläche
- 7
- Sensoreinsatz
- 8
- Kabel
- 9
- Dichtungseinsatz
- 10
- Dichtungssitz
- 11
- Druckschraube
- 12
- Gewinde
- 13
- Druckscheibe
- 100
- Hauptachse
-
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
-
