DE202018105755U1 - Plastic sliding element with sensor function, especially with wear detection - Google Patents
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Abstract
Kunststoff-Gleitelement (10) zur schmiermittelfreien Lagerung in einem Gleitlager, wobei
- das Gleitelement (10) ein vorgefertigtes, insbesondere im Spritzgussverfahren vorgefertigtes, Formteil (12) aus Kunststoff umfasst, das eine Gleitfläche (14) aufweist zur beweglichen Führung von zwei Lagerteilen relativ zueinander, und
- am Gleitelement eine elektrische Funktionsschaltung (16) mit Sensorfunktion zur Erfassung eines Betriebsparameters angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschaltung (16) durch ein additives Fertigungsverfahren (AM-Verfahren) auf dem Formteil (12) aus Kunststoff angebracht bzw. aufgedruckt ist.
Plastic sliding element (10) for lubricant-free storage in a sliding bearing, whereby
- The sliding element (10) comprises a prefabricated, in particular prefabricated by injection molding, molded part (12) made of plastic, which has a sliding surface (14) for movably guiding two bearing parts relative to one another, and
- An electrical functional circuit (16) with a sensor function for detecting an operating parameter is arranged on the sliding element, characterized in that the functional circuit (16) is attached or printed on the molded part (12) made of plastic by an additive manufacturing method (AM method).
Description
Die Erfindung betrifft allgemein ein Kunststoff-Gleitelement mit integrierter Sensorfunktion, das zur Verwendung in Gleitlagern (Engl. plain bearing) beliebiger Bauart geeignet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Kunststoff-Gleitelement zur schmiermittelfreien Lagerung in einem Gleitlager, das ein vorgefertigtes Formteil aus Kunststoff, insbesondere ein Spritzguss-Formteil, umfasst wobei am Gleitelement eine elektrische Funktionsschaltung mit Sensorfunktion angeordnet ist. Diese Funktionsschaltung dient zur Erfassung eines Betriebsparameters, insbesondere des Gleitelements selbst, wie beispielsweise der Erkennung von übermäßigem Verschleiß zwecks prädiktiver Wartung. Das Gleitelement hat dabei eine Gleitfläche zur Gleitlagerung und beweglichen Führung bzw. Lagerung von zwei Teilen eines Gleitlagers relativ zueinander.The invention relates generally to a plastic sliding element with an integrated sensor function, which is suitable for use in plain bearings of any type. The invention relates in particular to a plastic sliding element for lubricant-free storage in a sliding bearing, which comprises a prefabricated molded part made of plastic, in particular an injection molded molded part, wherein an electrical functional circuit with a sensor function is arranged on the sliding element. This function circuit is used to detect an operating parameter, in particular the sliding element itself, such as the detection of excessive wear for the purpose of predictive maintenance. The sliding element has a sliding surface for sliding bearing and movable guidance or storage of two parts of a sliding bearing relative to each other.
Ein derartiges Gleitelement ist bereits aus der Patentanmeldung
In fertigungstechnischer Hinsicht wird in
Die Kombination von Kunststoffbauteilen in komplexen Geometrien mit integrierter Sensorik bereitet in der Praxis jedoch Schwierigkeiten. Beispielsweise können auf Folie aufgedruckte Sensoren, da sie nicht beliebig verformbar sind, nicht mit beliebigen Bauteil-Geometrien kombiniert werden. Eine Integration von Sensorfunktionen in Kunststoff-Gleitelemente unterschiedlichster Geometrien gestaltet sich somit in vielen Fällen schwierig.However, the combination of plastic components in complex geometries with integrated sensors creates difficulties in practice. For example, sensors printed on film cannot be combined with any component geometries because they cannot be deformed in any way. In many cases, integrating sensor functions into plastic sliding elements of various geometries is difficult.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht mithin darin, ein Kunststoff-Gleitelement vorzuschlagen, das auch in großen Stückzahlen kostengünstig und zuverlässig mit einer elektrischen Funktionsschaltung zur sensorischen Erfassung eines Betriebsparameters ausgerüstet werden kann.A first object of the present invention is therefore to propose a plastic sliding element that can be equipped inexpensively and reliably even in large quantities with an electrical function circuit for sensory detection of an operating parameter.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kunststoff-Gleitelement mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a plastic sliding element with the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird bei einem Kunststoff-Gleitelement gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1 vorgeschlagen, die Funktionsschaltung durch ein additives Fertigungsverfahren bzw. AM-Verfahren (englisch: additive manufacturing) auf dem vorgefertigten Formteil aus Kunststoff anzubringen, aufzutragen bzw. aufzudrucken.According to the invention, in the case of a plastic sliding element according to the preamble of claim 1, it is proposed that the functional circuit be attached, applied or printed onto the prefabricated molded part made of plastic by means of an additive manufacturing method or AM method.
Bevorzugt wird die Funktionsschaltung somit direkt bzw. unmittelbar auf das vorgefertigte Kunststoffteil des Gleitelements aufgedruckt. Die Funktionsschaltung kann durch geeignete, an sich bekannte AM-Verfahren angebracht werden, insbesondere durch ein im Sinne der
Die Funktionsschaltung kann dabei vollständig bzw. integral, insbesondere ohne sonstige diskrete elektrische Komponenten, in einem zusammenhängenden additiven Fertigungsprozess hergestellt sein. Geeignet sind dazu insbesondere extrusionsbasierte Verfahren (englisch: extrusion based: EB), entweder mit chemischer Aushärtung oder mit physikalischer Verfestigung von erhitzten thermoplastischen Kunststoffen. Geeignet erscheint z.B. das FDM-Verfahren (englisch: fused deposition modeling). Auch denkbar sind MJ-Verfahren (englisch: material jetting), z.B. mit Photopolymeren die durch Lichteinwirkung verfestigten. Ebenfalls in Betracht kommen sog. BJ-Verfahren (englisch: binder jetting), gelegentlich auch als 3DP-Verfahren bezeichnet.The functional circuit can be produced completely or integrally, in particular without any other discrete electrical components, in a coherent additive manufacturing process. Extrusion-based processes (English: extrusion-based: EB) are particularly suitable, either with chemical curing or with physical hardening of heated thermoplastic materials. For example, it seems suitable the FDM procedure (English: fused deposition modeling). MJ processes (English: material jetting) are also conceivable, e.g. with photopolymers that solidify through exposure to light. So-called BJ processes (English: binder jetting) are also suitable, sometimes also referred to as 3DP processes.
In Betracht kommen grundsätzlich alle sogenannte 3D-Drucktechniken. Bevorzugt sind EB-Verfahren aufgrund ihrer Eignung für relativ zähflüssige, leitfähige Pasten. Insbesondere ein FLM- bzw. ein FFF-Verfahren zur additiven Fertigung wird bevorzugt.Basically, all so-called 3D printing techniques come into consideration. Due to their suitability for relatively viscous, conductive pastes, EB processes are preferred. In particular, an FLM or an FFF method for additive manufacturing is preferred.
Die Funktionsschaltung kann insbesondere erst durch Verbindung mit einer weiteren Schaltung ihre eigentliche Funktion erfüllen und muss für sich insbesondere keine Stromkreis bilden. Die Funktionsschaltung kann z.B. einen elektrischen Zweipol bilden, dessen elektrische Eigenschaften von dem zu erfassenden Betriebsparameter abhängen.In particular, the functional circuit can only fulfill its actual function by connection to a further circuit and must do so on its own in particular do not form a circuit. The functional circuit can, for example, form an electrical two-pole system, the electrical properties of which depend on the operating parameter to be detected.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Formteil, welches die Gleitfläche in vorbestimmter bzw. bekannter Geometrie definiert, aus einem Tribopolymer vorgefertigt, insbesondere einteilig vorgefertigt. Das Formteil kann dabei unmittelbar als Substrat bzw. Schaltungsträger für die additiv angebrachte bzw. aufgedruckte Funktionsschaltung dienen. Denkbar ist es auch, eine Zwischenschicht zwischen dem Formteil und der additiv aufgedruckten bzw. aufgetragenen Funktionsschaltung vorzusehen, etwa zur Haftungsvermittlung oder zwecks zusätzlicher elektrischer Isolierung. Typische Tribopolymere haben naturgemäß zwecks Verringerung der Haft- und/oder Gleitreibung relativ ungünstige Haftungseigenschaften.In a preferred embodiment, the molded part, which defines the sliding surface in a predetermined or known geometry, is prefabricated from a tribopolymer, in particular prefabricated in one piece. The molded part can serve directly as a substrate or circuit carrier for the additively attached or printed functional circuit. It is also conceivable to provide an intermediate layer between the molded part and the additively printed or applied functional circuit, for example for imparting liability or for the purpose of additional electrical insulation. Typical tribopolymers naturally have relatively unfavorable adhesion properties in order to reduce the static and / or sliding friction.
In bevorzugter Weiterbildung umfasst die additiv auf dem vorgefertigten Formteil hergestellte Funktionsschaltung zumindest einen Detektor, der zwecks Sensorfunktion bezüglich des zu überwachenden Betriebsparameters sensitiv ist, sowie mindestens zwei Kontaktbereiche zwecks lösbarer Kontaktierung der Funktionsschaltung insbesondere des Detektors, mit einer getrennt ausgeführten Schaltung zur Auswertung eines elektrischen Signals des Detektor. Hierdurch kann das Gleitelement einfach ausgetauscht werden und hat trotz der Sensorfunktion recht geringe Herstellungskosten. Ein Vorteil von AM-Verfahren besteht darin, dass ausgeprägte Kontaktbereiche zur elektrischen Verbindung in einem Prozessschritt zusammen mit sonstigen Bestandteilen, z.B. Leiterbahnen hergestellt werden können.In a preferred further development, the functional circuit additionally produced on the prefabricated molded part comprises at least one detector which is sensitive to the operating parameter to be monitored for the purpose of sensor function, and at least two contact areas for the releasable contacting of the functional circuit, in particular the detector, with a separately implemented circuit for evaluating an electrical signal of the detector. As a result, the sliding element can be exchanged easily and, despite the sensor function, has very low manufacturing costs. An advantage of AM methods is that pronounced contact areas for electrical connection in one process step together with other components, e.g. Conductor tracks can be produced.
Als Detektor kommt grundsätzlich eine beliebige Detektorkomponente bzw. Detektorstruktur in Betracht, die vorzugsweise integral während der additiven Fertigung der Funktionsschaltung hergestellt wird. Es kann sich dabei insbesondere um einen resistiven Detektor zur Verschleißerkennung, beispielsweise durch Leitungsunterbrechung, handeln. Denkbar sind jedoch auch andere Detektorkonzepte, beispielsweise zur Temperaturmessung oder zur Verformungs- bzw. Kraftmessung. Mit Detektor ist insbesondere der Aufnehmer im Sinne der Messtechnik (vgl. DIN 1319-1) bezeichnet, d.h. der der Teil der Einrichtung, der auf die gewünschte Messgröße bzw. zu erfassende Größe unmittelbar anspricht.In principle, any detector component or detector structure can be considered as the detector, which is preferably produced integrally during the additive manufacturing of the functional circuit. In particular, it can be a resistive detector for wear detection, for example due to an open circuit. However, other detector concepts are also conceivable, for example for temperature measurement or for deformation or force measurement. The detector, in particular, is the sensor in the sense of measurement technology (cf. DIN 1319-1), i.e. which is the part of the device that responds directly to the desired measured variable or variable to be recorded.
Die additive Fertigung der Funktionsschaltung kann vereinfacht werden, wenn das Gleitelement an einer Außenfläche eine vorgefertigte Aussparungsstruktur aufweist, in welcher die endfertige Funktionsschaltung zumindest teilweise oder bevorzugt vollständig einliegt bzw. eingelassen ist. Durch Ausnutzung einer beispielsweise im Spritzgussverfahren mit geringen Toleranzen herstellbaren Aussparungsstruktur, können Ungenauigkeiten additiver Fertigung, z.B. durch Zerfließen des noch nicht ausgehärteten Leitermaterial reduziert bzw. kompensiert werden. Besonders bevorzugt wird die Aussparungsstruktur gegenüberliegend der eigentlichen Gleitfläche im vorgefertigten Formteil vorgesehen, um bestehende Anforderungen bzw. Spezifikationen bekannter Gleitelemente nicht zu beeinträchtigen. Der Zugang für eine additive Fertigung wird vereinfacht, wenn die Aussparungsstruktur für die Funktionsschaltung an einer konvexen Außenfläche des Gleitelements vorgesehen wird.The additive manufacturing of the functional circuit can be simplified if the sliding element has a prefabricated recess structure on an outer surface, in which the finished functional circuit is at least partially or preferably completely inserted or embedded. By using a recess structure that can be produced, for example, by injection molding with low tolerances, inaccuracies in additive manufacturing, e.g. can be reduced or compensated for by flowing the not yet hardened conductor material. The recess structure is particularly preferably provided opposite the actual sliding surface in the prefabricated molded part, in order not to impair existing requirements or specifications of known sliding elements. Access for additive manufacturing is simplified if the recess structure for the functional circuit is provided on a convex outer surface of the sliding element.
Das vorzugsweise vollständige Aufnehmen der Funktionsschaltung in einer außenseitigen Aussparungsstruktur bietet u.a. den Vorteil, dass ein mit Sensorfunktion erweitertes Gleitelement weiterhin abwärtskompatibel zur Bauteilgeometrie eines bestehende bzw. bereits in Serie gefertigten Gleitelements bleibt.The preferably complete inclusion of the functional circuit in an outside recess structure offers, among other things. the advantage that a sliding element expanded with a sensor function remains downward compatible with the component geometry of an existing or already mass-produced sliding element.
Die Aussparungsstruktur kann nach additiver Fertigung der Funktionsschaltung nach Außen offen bleiben, oder zum besseren Schutz gegen Umwelteinflüsse anschließend gekapselt werden, ggf. im Rahmen der additiven Fertigung.The recess structure can remain open to the outside after additive manufacturing of the functional circuit, or can subsequently be encapsulated for better protection against environmental influences, if necessary as part of additive manufacturing.
In einem zu Verschleißerkennung besonders geeigneten Ausführungsbeispiel umfasst die Aussparungsstruktur eine Vertiefung die zumindest bereichsweise in einem Abstand zur eigentlichen Gleitfläche so angeordnet ist, dass der Verlauf der Vertiefung einer zu erkennenden Verschleißgrenze entspricht. Für eine möglichst großflächige Erfassung am Gleitelement kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Funktionsschaltung, insbesondere der Detektor, über zumindest einen überwiegenden Anteil des Umfangswinkels bzw. der Axiallänge der Gleitfläche des Gleitelements verläuft, je nachdem ob es sich um ein Axial- und/oder Radiallager handelt. Auch bei einem entsprechenden Erfassungsbereich ist die Funktionsschaltung, insbesondere die Detektorstruktur, vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb einer Vertiefung an der Außenfläche angeordnet.In an embodiment which is particularly suitable for wear detection, the recess structure comprises a depression which is arranged at least in regions at a distance from the actual sliding surface in such a way that the course of the depression corresponds to a wear limit to be detected. For the largest possible detection on the sliding element, it can be additionally or alternatively provided that the functional circuit, in particular the detector, extends over at least a predominant proportion of the circumferential angle or the axial length of the sliding surface of the sliding element, depending on whether it is an axial and / or or radial bearing. Even with a corresponding detection area, the functional circuit, in particular the detector structure, is preferably arranged at least partially within a recess on the outer surface.
Zur Herstellung elektrisch leitfähiger Strukturen im Wege der additiven Fertigung sind bereits unterschiedliche Materialien bekannt. Es können beispielsweise druckbare Pasten, Flüssigkeiten oder Thermoplaste mit Silberanteil, Kupferanteil und/oder Carbonanteil (beispielsweise Graphit oder Industrieruß bzw. CB=„Carbon Black“) eingesetzt werden. Vorzugsweise wird eine silberbasierte, leitfähige Paste eingesetzt, wie beispielsweise ein Flüssigharz mit Silberpulver, wie z.B. Typ 5064H der Fa. DuPont® vom (siehe Datenblatt MCM5064H/2011). Auch andere Mischungen einer Polymermatrix mit leitfähigen Partikeln, insbesondere preiswertere Carbon-Partikel (Graphit oder CB) kommen in Betracht, sofern das endfertige Material der Leiterbahnen der Funktionsschaltung eine deutlich höhere Leitfähigkeit aufweist, als der Kunststoff bzw. Tribopolymer des vorgefertigten Formteils.Various materials are already known for producing electrically conductive structures by means of additive manufacturing. For example, printable pastes, liquids or thermoplastics with a silver content, copper content and / or carbon content (for example graphite or carbon black or CB = "carbon black") can be used. Preferably, a silver-based, conductive paste is used, such as a liquid resin with silver powder, such as type 5064H from DuPont® from (see data sheet MCM5064H / 2011). Other mixtures of a polymer matrix with conductive particles, in particular cheaper carbon particles (Graphite or CB) come into consideration if the finished material of the conductor tracks of the functional circuit has a significantly higher conductivity than the plastic or tribopolymer of the prefabricated molded part.
In bevorzugter Ausführungsform umfasst die Funktionsschaltung zumindest Leiterbahnen sowie besondere Kontaktbereiche, wobei die Leiterbahnen und Kontaktbereiche in demselben additiven Fertigungsverfahren auf das vorgefertigte Kunststoff-Formteil aufgedruckt bzw. aufgebracht sind. Die Leiterbahnen haben dabei vorzugsweise eine Schichtstärke ≤100µm, beispielsweise im Bereich von etwa 5-50 µm, wohingegen die Kontaktbereiche eine deutlich größere Schichtstärke, insbesondere ≥200µm, beispielsweise im Bereich von 250-500µm aufweisen.In a preferred embodiment, the functional circuit comprises at least conductor tracks and special contact areas, the conductor tracks and contact areas being printed or applied to the prefabricated plastic molded part in the same additive manufacturing process. The conductor tracks preferably have a layer thickness of 100 100 μm, for example in the range of approximately 5-50 μm, whereas the contact areas have a significantly greater layer thickness, in particular 200 200 μm, for example in the range of 250-500 μm.
Die additiv gefertigte Funktionsschaltung ist vorzugsweise rein passiv, d.h. ohne eigene Energiequelle ausgeführt. Sie kann insbesondere als Zweipol ausgeführt sein, der an eine separate Auswerteschaltung über die Kontaktbereiche anzuschließen ist. Die Funktionsschaltung kann insbesondere ausschließlich aus Leiterbahnen und den Kontaktbereichen bestehen bzw. ohne diskrete elektrische bzw. elektronische Komponenten ausgeführt sein. Auch diese besonders einfache Gestaltung erlaubt z.B. eine resistive Verschleißerkennung, insbesondere durch resistive Überwachung einer Unterbrechung der Leiterbahnstruktur in der Funktionsschaltung.The additively manufactured functional circuit is preferably purely passive, i.e. executed without its own energy source. In particular, it can be designed as a two-pole connection, which is to be connected to a separate evaluation circuit via the contact areas. In particular, the functional circuit can consist exclusively of conductor tracks and the contact areas or can be designed without discrete electrical or electronic components. This particularly simple design also allows e.g. resistive wear detection, in particular by resistive monitoring of an interruption in the conductor track structure in the functional circuit.
Im Rahmen der additiven Fertigung können jedoch auch andersartige Detektoren bzw. Sensoren im Sinne von Messgrößen-Aufnehmern hergestellt werden. So kann beispielsweise auch eine kapazitive oder temperaturempfindliche Sensorstruktur additiv aufgebracht werden. Auch piezo-resistive Strukturen wurden bereits in der jüngeren Fachliteratur zu AM-Verfahren beschrieben. Ein piezo-resistiver Detektor der im AM-Verfahren herstellbar ist, wurde beispielsweise von Leigh SJ, Bradley RJ, et al. („A Simple, Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing of Electronic Sensors“; PLoS ONE 7(11); 2012).In the context of additive manufacturing, however, other types of detectors or sensors can also be manufactured in the sense of measurement variable pickups. For example, a capacitive or temperature-sensitive sensor structure can also be applied additively. Piezo-resistive structures have also been described in the more recent AM literature. A piezo-resistive detector that can be produced using the AM method has been described, for example, by Leigh SJ, Bradley RJ, et al. ("A Simple, Low-Cost Conductive Composite Material for 3D Printing of Electronic Sensors"; PLoS ONE 7 (11); 2012).
Die Kombination von in bekannter Art und Weise hergestellten Gleitlagerteilen, insbesondere Spritzgussformteilen, mit additiver Fertigung bzw. direktem Drucken von elektrischen Schaltungen zeigt sich besonders vorteilhaft, wenn das Formteil aus einem Tribopolymer vorgefertigt ist. Tribopolymere zur schmiermittelfreien Lagerung sind an sich bekannt und umfassen typischerweise ein Basispolymer und mikroskopische Festschmierstoffe. Weiterhin kann das Tribopolymer Verstärkungsfasern und/oder Verstärkungsfüllstoffe oder sonstige Füllstoffe aufweisen. Ein geeigneter Werkstoff ist z.B. ein Tribopolymer aus der Produktreihe iglidur® der Firma igus GmbH, D-51147 Köln. Diese Art von Gleitelementen ist bestimmungsgemäß einem gewissen Verschleiß des Basispolymers ausgesetzt, der die festen Schmierstoffpartikel zur Feststoffschmierung mit dem Lagerpartner freisetzen soll. Dementsprechend ist eine Verschleißerkennung hier besonders vorteilhaft, welche sich günstig im additiven Fertigungsverfahren realisieren lässt.The combination of plain bearing parts produced in a known manner, in particular injection molded parts, with additive manufacturing or direct printing of electrical circuits is particularly advantageous if the molded part is prefabricated from a tribopolymer. Tribopolymers for lubricant-free storage are known per se and typically comprise a base polymer and microscopic solid lubricants. Furthermore, the tribopolymer can have reinforcing fibers and / or reinforcing fillers or other fillers. A suitable material is e.g. a tribopolymer from the iglidur® product range from igus GmbH, D-51147 Cologne. As intended, this type of sliding element is exposed to a certain amount of wear on the base polymer, which is intended to release the solid lubricant particles for solid lubrication with the bearing partner. Accordingly, wear detection is particularly advantageous here, which can be implemented inexpensively in the additive manufacturing process.
Ein Kunststoff-Gleitelement mit Sensorfunktion gemäß einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele eignet sich speziell für Gleitlager zur schmiermittelfreien Lagerung.A plastic sliding element with sensor function according to one of the above exemplary embodiments is particularly suitable for sliding bearings for lubricant-free storage.
Das Gleitlager kann dabei an einem ersten Lagerteil mindestens ein derartiges Gleitelement aufweisen. Dieses dient zur beweglichen Führung relativ zu einem zweiten Lagerteil in an sich für Gleitlager bekannter Bauweise. Das Lagerteil mit dem bzw. den Gleitelementen kann dabei entweder das gelagerte Lagerteil oder aber das lagernde Lagerteil (mechanisches Gestell) darstellen. Hierauf kommt es für die Erfindung nicht an. Ebenso können die vorgeschlagenen Gleitelemente für beliebige Lagertypen im mechanischen Sinne, beispielsweise Radiallager, Axiallager oder kombinierte Axial-/Radiallager usw. eingesetzt werden.The plain bearing can have at least one such sliding element on a first bearing part. This serves for movable guidance relative to a second bearing part in a construction known per se for plain bearings. The bearing part with the sliding element or elements can represent either the bearing part or the bearing part (mechanical frame). This is not important for the invention. The proposed sliding elements can also be used for any type of bearing in the mechanical sense, for example radial bearings, axial bearings or combined axial / radial bearings etc.
Bevorzugte Weiterbildung des Gleitlagers insgesamt ist am ersten Lagerteil räumlich getrennt vom Gleitlager eine Auswerteschaltung vorgesehen, mit welcher die Funktionsschaltung des Gleitelements lösbar bzw. austauschbar zur Signalübertragung über eine Leitung verbunden ist. Hierzu kann beispielsweise eine spezielle Kontaktschnittstelle zwischen Auswerteschaltung und Funktionsschaltung vorgesehen sein.A preferred further development of the plain bearing as a whole is provided on the first bearing part, spatially separated from the plain bearing, with an evaluation circuit to which the functional circuit of the sliding element is detachably or interchangeably connected for signal transmission via a line. For this purpose, for example, a special contact interface can be provided between the evaluation circuit and the functional circuit.
Eine entsprechende Kontaktvorrichtung, die über eine Leitung mit der Auswerteschaltung verbunden ist, kann beispielsweise an einem Gehäuseteil des ersten Lagerteils vorgesehen sein, welches das mindestens eine Gleitelement hält. Die Kontaktvorrichtung kann insbesondere Federkontaktstifte zur lösbaren Kontaktierung zwischen der Auswerteschaltung und der Funktionsschaltung, insbesondere deren Kontaktbereichen, aufweisen, um einen Austausch des Gleitelements zu erleichtern. Durch eine Schnittstelle zur lösbaren Kontaktierung mit dem bzw. den Gleitelementen können die in der Herstellung aufwendigeren bzw. kostspieligeren Komponenten von den Gleitelementen getrennt, an einem nicht verschleißanfälligen Teil des Gleitlagers angeordnet werden.A corresponding contact device, which is connected to the evaluation circuit via a line, can be provided, for example, on a housing part of the first bearing part which holds the at least one sliding element. The contact device can in particular have spring contact pins for releasable contacting between the evaluation circuit and the functional circuit, in particular their contact areas, in order to facilitate an exchange of the sliding element. An interface for detachable contacting with the sliding element (s) makes it possible to separate the components, which are more complex or more expensive to manufacture, from the sliding elements, on a part of the sliding bearing that is not susceptible to wear.
Die Kontaktvorrichtung kann weiterhin zur Lagesicherung des Gleitelements ausgeführt sein, beispielsweise zur axialen und/oder radialen Lagesicherung des Gleitelements. Dies kann insbesondere durch geeignete Gehäusegestaltung erreicht werden, sodass mit der elektrischen Kontaktierung zugleich eine mechanische Arretierung erfolgt.The contact device can also be designed to secure the position of the sliding element, for example to secure the sliding element axially and / or radially. This can be achieved in particular by suitable housing design, so that a mechanical locking takes place at the same time as the electrical contact.
Je nach Gleitlageranwendung kann das erste Lagerteil beispielsweise als Lagergehäuse bzw. Lagerschlitten ausgeführt sein. Das erste Lagerteil kann jedoch auch z.B. eine Lageraufnahme für ein als Lagerbuchse ausgeführtes Gleitelement sein.Depending on the plain bearing application, the first bearing part can be designed, for example, as a bearing housing or bearing slide. However, the first bearing part can also e.g. be a bearing holder for a sliding element designed as a bearing bush.
Am ersten Lagerteil kann ein Modul angebracht sein, das die Auswerteschaltung sowie eine Energieversorgung, beispielsweise eine Batterie für die Auswerteschaltung, umfasst.A module can be attached to the first bearing part, which module includes the evaluation circuit and a power supply, for example a battery for the evaluation circuit.
In einer Weiterbildung, insbesondere für Linearführungen, ist vorgesehen, dass das erste Lagerteil mit der Auswerteschaltung mehrere Gleitelemente mit jeweiliger Funktionsschaltung umfasst. Jedes der Gleitelemente kann austauschbar bzw. lösbar mit der Auswerteschaltung elektrisch verbunden sein, so dass mehrere Gleitelemente mit derselben Auswerteschaltung überwacht werden. Die Auswerteschaltung wertet mindestens einen Betriebsparameter, beispielsweise den Zustand bzw. elektrischen Widerstand einer einfachen Leiterschlaufe als Funktionsschaltung aus. Gemäß
Die Auswerteschaltung kann weiterhin ein Kommunikationsmodul, insbesondere ein Funkkommunikationsmodul, umfassen, das zur Übermittlung eines Auswertungsergebnisses an ein übergeordnetes Überwachungssystem eingerichtet ist. Hierzu können beliebige drahtgebundene oder drahtlose Technologien zur Datenübertragung eingesetzt werden.The evaluation circuit can further comprise a communication module, in particular a radio communication module, which is set up to transmit an evaluation result to a higher-level monitoring system. Any wired or wireless technologies for data transmission can be used for this.
Das vorgeschlagene Gleitelement bzw. Gleitlager eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer schmiermittelfreien Lineargleitführung, aber auch für eine Vielzahl anderer Gleitlager, z.B. für einfache, preiswerte Gleitlagerbuchsen zur schmierfreien Radiallagerung.The proposed slide element or slide bearing is particularly suitable for use in a lubricant-free linear slide guide, but also for a large number of other slide bearings, e.g. for simple, inexpensive plain bearing bushes for lubrication-free radial bearings.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich - ohne Beschränkung der Allgemeinheit der vorstehenden Lehre - aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Abbildungen. Hierbei zeigen:
-
1A-1B : perspektivische Ansichten eines Kunststoff-Gleitelements mit einer elektrische Funktionsschaltung mit Sensorfunktion zur Erfassung eines Betriebsparameters; -
2A-2B : perspektivische Ansichten einer Kontaktvorrichtung zur lösbaren Kontaktierung der Funktionsschaltung am Gleitelement nach1A-1B ; und -
3 : eine perspektivische Ansicht eines Lagerschlittens für eine Linearführung mit mehreren Gleitelementen nach1A-1B und Kontaktvorrichtungen nach2A-2B , sowie einem Modul mit einer Auswerteschaltung und einer Energieversorgung, in z.T. explodierter Darstellung.
-
1A-1B : Perspective views of a plastic sliding element with an electrical function circuit with sensor function for detecting an operating parameter; -
2A-2B : Perspective views of a contact device for releasable contacting of the functional circuit on the sliding element according to1A-1B ; and -
3 : A perspective view of a bearing carriage for a linear guide with several sliding elements according to1A-1B and contact devices according to2A-2B , as well as a module with an evaluation circuit and a power supply, partly exploded.
Das rein beispielhaft in
An der zur Gleitfläche
In der Aussparungsstruktur
Im Ausführungsbeispiel nach
Erfindungsgemäß wird die Funktionsschaltung
Zum zuverlässigen Kontaktieren sollten die Kontaktbereiche
An der Unterseite des Führungsschlittens
Die Auswerteschaltung
Die Auswerteschaltung
Die Erfindung ermöglicht bestimmungsgemäß die Zustandsüberwachung von Gleitelementen bzw. damit ausgerüsteten Gleitlagern und erlaubt es u.a. ungeplante Ausfälle zu vermeiden, die Lebensdauer der Gleitelemente optimal auszunutzen und Wartungskosten zu senken.As intended, the invention enables the condition monitoring of sliding elements or plain bearings equipped therewith and allows, inter alia, Avoid unplanned failures, make optimal use of the life of the sliding elements and reduce maintenance costs.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
1A-1B1A-1B - 1010
- GleitelementSlide
- 1212
- Formteilmolding
- 1313
- Außenflächeouter surface
- 1414
- Gleitflächesliding surface
- 1515
- Aussparungsstrukturrecess structure
- 1616
- Funktionsschaltungfunction circuit
- 16A, 16B16A, 16B
- Ringabschnittring section
- 1717
- Detektordetector
- 18A, 18B18A, 18B
- Kontaktbereichecontact areas
- 1919
- Sicherungsnutsecuring groove
-
2A-2B2A-2B - 1010
- GleitelementSlide
- 1212
- Formteilmolding
- 1313
- Außenflächeouter surface
- 1414
- Gleitflächesliding surface
- 1616
- Funktionsschaltungfunction circuit
- 2020
- Kontaktvorrichtungcontact device
- 2222
- Federkontaktstift/DruckfederkontaktSpring contact pin / spring contact
- 2323
- Steckerstiftpin
- 2424
- Leiterplattecircuit board
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- Halterholder
- 2626
- Haltearmeholding arms
- 2727
- SicherungszapfenSecurity bolt
-
33 - 1010
- GleitelementSlide
- 1616
- Funktionsschaltungfunction circuit
- 2020
- Kontaktvorrichtungcontact device
- 3030
- Führungsschlittenguide carriage
- 3232
- Gehäuselager (für Gleitelement)Housing bearing (for sliding element)
- 3333
- Aufnahme (für Kontaktvorrichtung)Holder (for contact device)
- 3434
- Leitungskanalduct
- 3636
- Rastöffnunglatching opening
- 3737
- Schlittenplattecarriage plate
- 3838
-
Aufnahme (für Modul
40 )Recording (for module40 ) - 4040
- Modulmodule
- 4242
- Auswerteschaltungevaluation
- 4444
- Batteriebattery
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
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