DE202018105755U1 - Plastic sliding element with sensor function, especially with wear detection - Google Patents

Plastic sliding element with sensor function, especially with wear detection Download PDF

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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.

Figure DE202018105755U1_0000
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).
Figure DE202018105755U1_0000

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 WO 2017/182662 A1 der Anmelderin vorbekannt. Hierbei hat das Gleitelement eine Funktionsschaltung mit einem Detektor, der bei einem vorbestimmten Ausmaß von Verschleiß in einem kritischen Bereich seine elektrischen Eigenschaften verändert, beispielsweise durch Leiterunterbrechung. Die Funktionsschaltung ermöglicht es, die verschleißbedingte Veränderung, insbesondere drahtlos mittels eines Transponders zu erkennen.Such a sliding element is already from the patent application WO 2017/182662 A1 previously known to the applicant. Here, the sliding element has a functional circuit with a detector, which changes its electrical properties in a critical area when there is a predetermined amount of wear, for example due to an open circuit. The functional circuit makes it possible to detect the change due to wear, in particular wirelessly using a transponder.

In fertigungstechnischer Hinsicht wird in WO 2017/182662 A1 vorgeschlagen, das Detektorelement in einer Aussparung an der Gleitfläche anzuordnen. Als Detektor wird z.B. ein vorhandener oder angepasster Bestandteil eines folienartigen RFID-Transponders vorgeschlagen. Weiterhin wird als Detektorelement eine getrennte Komponente vorgeschlagen, die mit einem handelsüblichen RFID-Transponder verbunden wird, z.B. ein Nebenschluss-Leiter. In beiden Fällen kann der Detektor nach Anbringen in einem zusätzlichen Prozessschritt eingebettet bzw. gekapselt werden. Wie genau die Funktionsschaltung, insbesondere der Detektor, hergestellt werden soll, lässt WO 2017/182662 A1 jedoch offen.In terms of manufacturing technology, in WO 2017/182662 A1 proposed to arrange the detector element in a recess on the sliding surface. For example, an existing or adapted component of a film-like RFID transponder is proposed as the detector. Furthermore, a separate component is proposed as a detector element, which is connected to a commercially available RFID transponder, for example a shunt conductor. In both cases, the detector can be embedded or encapsulated in an additional process step. Exactly how the functional circuit, in particular the detector, is to be produced can be WO 2017/182662 A1 however open.

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 Norm VDI 3405 oder DIN EN ISO 17296-2 (Teil II) als additives Fertigungsverfahren bezeichnetes Verfahren. Solche AM-Verfahren erlauben inhärent automatisierte, computergestützte Fertigung von komplexen, quasi beliebigen Geometrien, typische auf Basis einer schichtweise aufgetragenen Konstruktion. Als AM-Verfahren kommen Direkt-Druck mit selbsttätiger Aushärtung der Druckmasse oder auch 3D-Druck durch Polymerisation, 3D-Druck durch Verkleben und 3D-Druck durch Sintern/Verschmelzen in Betracht.The functional circuit is thus preferably printed directly or immediately on the prefabricated plastic part of the sliding element. The functional circuit can be attached by suitable AM methods known per se, in particular by one in the sense of VDI 3405 standard or DIN EN ISO 17296-2 (Part II) called additive manufacturing process. Such AM processes allow inherently automated, computer-aided manufacture of complex, virtually any geometries, typically based on a layered construction. As an AM process, direct printing with automatic hardening of the printing compound or 3D printing by polymerization, 3D printing by gluing and 3D printing by sintering / fusing can be considered.

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 WO 2017/182662 A1 kann z.B. durch Überwachung verschleißbedingter Leiterunterbrechung eine wertvolle Information über den Betriebszustand des Gleitlagers bzw. Gleitelements gewonnen werden.In a further development, in particular for linear guides, it is provided that the first bearing part with the evaluation circuit comprises a plurality of sliding elements with a respective functional circuit. Each of the sliding elements can be connected to the evaluation circuit in an exchangeable or detachable manner, so that several sliding elements are monitored with the same evaluation circuit. The evaluation circuit evaluates at least one operating parameter, for example the state or electrical resistance of a simple conductor loop as a functional circuit. According to WO 2017/182662 A1 For example, by monitoring conductor interruption caused by wear, valuable information about the operating state of the plain bearing or sliding element can be obtained.

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 nach 1A-1B; und
  • 3: eine perspektivische Ansicht eines Lagerschlittens für eine Linearführung mit mehreren Gleitelementen nach 1A-1B und Kontaktvorrichtungen nach 2A-2B, sowie einem Modul mit einer Auswerteschaltung und einer Energieversorgung, in z.T. explodierter Darstellung.
Further details, features and advantages of the invention result - without restricting the generality of the above teaching - from the following, detailed description of a preferred exemplary embodiment with reference to the attached figures. Here show:
  • 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 to 1A-1B ; and
  • 3 : A perspective view of a bearing carriage for a linear guide with several sliding elements according to 1A-1B and contact devices according to 2A-2B , as well as a module with an evaluation circuit and a power supply, partly exploded.

Das rein beispielhaft in 1A-1B gezeigte Gleitelement, allgemein mit 10 bezeichnet, umfasst als Hauptbestandteil ein Formteil 12 das im Spritzgussverfahren aus einem Tribopolymer vorgefertigt ist, z.B. aus einem Tribopolymer vom Typ iglidur® der Firma igus GmbH, D-51147 Köln. Das Formteil 12 bildet eine innenliegende Gleitfläche 14 zur beweglichen Führung und gleitenden Relativlagerung von zwei Lagerteilen. Die konkave Gleitfläche 14 ist in 1A-1B im Wesentlichen zylindrisch gestaltet bspw. zur linearen Gleitführung an einer Profilschiene mit im Querschnitt rundem Führungsprofil, z.B. an einer Doppelschiene aus Metall (nicht gezeigt) vom Typ drylin® W der Fa. igus GmbH. Auch andere Profilquerschnitte des Formteils 12 liegen im Rahmen der Erfindung. Die für die Führung relevante Geometrie und Bauweise des Gleitelements 10 kann z.B. der Lehre aus WO 97/40281 A1 , der Lehre aus US 7,217,034 B2 bzw. DE 20 2004 016 094 U1 oder auch aus DE 20 2016 101 698 U1 entsprechen, deren diesbezüglich Lehren zur Verkürzung hier einbezogen werden.The purely exemplary in 1A-1B shown sliding element, generally with 10 referred to, comprises a molded part as the main component 12 which is prefabricated in an injection molding process from a tribopolymer, for example from a tribopolymer of the iglidur® type from igus GmbH, D-51147 Cologne. The molding 12 forms an internal sliding surface 14 for flexible guidance and sliding relative positioning of two bearing parts. The concave sliding surface 14 is in 1A-1B designed essentially cylindrical, for example, for linear sliding guidance on a profile rail with a guide profile that is round in cross section, for example on a double rail made of metal (not shown) of the type drylin® W from igus GmbH. Other profile cross sections of the molded part 12 are within the scope of the invention. The geometry and design of the sliding element relevant for the guidance 10 can, for example, from teaching WO 97/40281 A1 who are teaching US 7,217,034 B2 respectively. DE 20 2004 016 094 U1 or also from DE 20 2016 101 698 U1 correspond to, whose teachings on shortening are included here.

An der zur Gleitfläche 14 gegenüberliegenden Außenfläche 13 des Gleitelements 10 ist eine im Spritzgussverfahren Aussparungsstruktur 15 vorgefertigt. Die Aussparungsstruktur 15 bildet eine zusammenhängende Vertiefung gegenüber der Außenfläche 13 mit einer hier gleichbleibenden Tiefe in Bezug auf die Kontur bzw. Umhüllende der Außenfläche 13. Der Fußpunkt bzw. Boden der Aussparungsstruktur 15 liegt in einem gleichbleibenden Abstand zur gegenüberliegenden Gleitfläche 14. Die vorbestimmte Tiefe entspricht einer nominalen Verschleiß-Grenze bezogen auf die abnutzende Gleitfläche 14, bei deren Erreichen das Gleitelement 10 ausgetauscht werden sollte. Die gewünschte Tiefe lässt sich im Spritzgussverfahren präzise einstellen. Hinsichtlich der Verschleißgrenze wird z.B. auf die Lehre aus WO 2017/182662 A1 verwiesen. Der Querschnitt der Aussparungsstruktur 15 kann rechteckig oder quadratisch bspw. mit einer Seitenlänge von ca. 0,5-1mm sein.On the sliding surface 14 opposite outer surface 13 of the sliding element 10 is a recess structure in the injection molding process 15 prefabricated. The cut-out structure 15 forms a coherent depression opposite the outer surface 13 with a constant depth here in relation to the contour or envelope of the outer surface 13 , The base or bottom of the cutout structure 15 lies at a constant distance from the opposite sliding surface 14 , The predetermined depth corresponds to a nominal wear limit in relation to the wearing sliding surface 14 when they reach the sliding element 10 should be replaced. The desired depth can be precisely set in the injection molding process. With regard to the wear limit, for example, the teaching WO 2017/182662 A1 directed. The cross section of the recess structure 15 can be rectangular or square, for example, with a side length of approx. 0.5-1mm.

In der Aussparungsstruktur 15 an der konvexen Außenfläche 13 ist eine elektrische Funktionsschaltung 16 eingebracht, welche den Boden der Aussparungsstruktur 15 hier vollständig ausfüllt bzw. belegt. Die Aussparungsstruktur 15 und damit die Funktionsschaltung 16 verläuft im Beispiel aus 1A-1B in mehreren mäanderförmigen bzw. U-förmigen Schleifen und über einen überwiegenden Anteil des wirksamen Umfangswinkels und auch der wirksamen Axiallänge der Gleitfläche 13 mit insbesondere zwei endseitigen Ringabschnitten 16A, 16B, welche bis auf einen Randbereich dem Gesamtumfang der Gleitfläche 13 entsprechen. Die gewählte Topologie der Aussparungsstruktur 15 bzw. Funktionsschaltung 16 soll eine möglichst gute Abdeckung von erfahrungsgemäß verschleißkritischen Teilbereichen der Gleitfläche 13 für alle Einbaulagen erzielen, was typisch von der Art des Gleitelements 10 und dessen Anwendung abhängt.In the recess structure 15 on the convex outer surface 13 is an electrical functional circuit 16 introduced which the bottom of the recess structure 15 completely filled out or documented here. The recess structure 15 and thus the functional circuit 16 expires in the example 1A-1B in several meandering or U-shaped loops and over a predominant part of the effective circumferential angle and also the effective axial length of the sliding surface 13 with in particular two end ring sections 16A . 16B which, apart from an edge area, the total circumference of the sliding surface 13 correspond. The selected topology of the cutout structure 15 or function circuit 16 should provide the best possible coverage of experience-critical parts of the sliding surface 13 achieve for all installation positions, which is typical of the type of sliding element 10 and its application depends.

Im Ausführungsbeispiel nach 1-3 soll die Funktionsschaltung 16 als Betriebsparameter den fortschreitenden Verschleiß, welcher die nützliche Wandstärke des Gleitelements 10 reduziert, erfassen. Hierzu besteht die Funktionsschaltung 16 hier lediglich aus der mäanderförmig angeordneten Leiterschleife, welche als verschleiß-sensitiver Detektor 17 zur Erfassung einer verschleißbedingten Unterbrechung der Leiterschleife dient, sowie zwei Kontaktbereichen 18A, 18B an den offenen Enden dieser Leiterschleife. Die Kontaktbereiche 18A, 18B dienen zur austauschbaren Kontaktierung, wie zu 2A-2B unten erläutert. Die Funktionsschaltung 16 ist somit rein passiv, weist keine ausgeprägten elektrischen Komponenten (Widerstände, Kondensatoren, Spulen) auf und kann mit geringen Herstellungskosten erzeugt werden.In the embodiment according to 1-3 should the functional circuit 16 as the operating parameter the progressive wear, which is the useful wall thickness of the sliding element 10 reduced, capture. The function circuit exists for this 16 here only from the meandering conductor loop, which acts as a wear-sensitive detector 17 serves to detect a wear-related interruption of the conductor loop, as well as two contact areas 18A . 18B at the open ends of this conductor loop. The contact areas 18A . 18B are used for interchangeable contacting, such as 2A-2B explained below. The functional circuit 16 is therefore purely passive, has no pronounced electrical components (resistors, capacitors, coils) and can be produced at low manufacturing costs.

Erfindungsgemäß wird die Funktionsschaltung 16 in geeigneter Technik unmittelbar innerhalb der Aussparungsstruktur 15 auf das Formteil 12 aufgedruckt, insbesondere durch Direkt-Drucken bzw. ein geeignetes AM-Verfahren, z.B. ein EB-Verfahren. Die Funktionsschaltung 16, d.h. hier die Leiterschleife bzw. der Detektor 17 und die Kontaktbereiche 18A, 18B können direkt und integral in einem Prozess-Schritt aufgetragen werden. Die leitenden Strukturen der Funktionsschaltung 16 können z.B. aus geeigneter druckfähiger Silber-Paste oder einem Thermoplast mit geeignetem Carbon-Anteil hergestellt werden. Nach Aushärtung soll die Detektorstruktur 17 eine um eine mehrfaches höhere Leitfähigkeit aufweisen als das Tribopolymer des Formteils 12. Bei Bedarf kann zunächst ein Haftungsvermittler, ebenfalls in entsprechender Druck- bzw. AM-Technik, auf den Boden der Aussparungsstruktur 15 aufgetragen werden.According to the functional circuit 16 in a suitable technique directly within the recess structure 15 on the molding 12 printed, in particular by direct printing or a suitable AM process, for example an EB process. The functional circuit 16 , ie here the conductor loop or the detector 17 and the contact areas 18A . 18B can be applied directly and integrally in one process step. The conductive structures of the functional circuit 16 can be made, for example, from a suitable printable silver paste or a thermoplastic with a suitable carbon content. After curing, the detector structure should 17 have a multiple times higher conductivity than the tribopolymer of the molded part 12 , If necessary, an adhesion promoter, also in appropriate printing or AM technology, can be placed on the bottom of the recess structure 15 be applied.

Zum zuverlässigen Kontaktieren sollten die Kontaktbereiche 18A, 18B eine größere Schichtstärke, etwa im Bereich von 250-400µm, im Vergleich zu etwa von 5-50µm für die sonstige Leiterbahn-Topologie des Detektors 17 aufweisen. Die Leiterbreite entspricht der vordefinierten Breite der Aussparungsstruktur 15, z.B. etwa 500µm bis hin zu wenigen Millimetern, je nach Abmessungen des Gleitelements 10.For reliable contacting, the contact areas 18A . 18B a larger layer thickness, for example in the range of 250-400 µm, compared to approximately 5-50 µm for the other conductor topology of the detector 17 exhibit. The conductor width corresponds to the predefined width of the recess structure 15 , for example about 500µm up to a few millimeters, depending on the dimensions of the sliding element 10 ,

2A-2B zeigen eine Kontaktvorrichtung 20, welche den Austausch des Gleitelements 10 vereinfacht. Die Kontaktvorrichtung 20 umfasst zwei Federkontaktstifte bzw. Druckfederkontakte 22 zur elektrischen Kontaktierung der endseitigen Kontaktbereiche 18A, 18B der Funktionsschaltung 16 auf dem Gleitelement 10 (durch Pfeile in 2B veranschaulicht). Die Federkontaktstifte 22 sind mit zusätzlichen Steckerstiften 23 auf einer Leiterplatte 24 angebracht und mit diesen jeweils leitend verbunden. Die Steckerstifte 23 dienen zur Steckverbindung mit Verbindungsleitungen einer Auswerteschaltung 42 (3). Die Leiterplatte 24 ist an einem deckelartigen Halter 25 befestigt, der als Spritzgussformteil hergestellt ist und zwei Haltearme 26 zur Befestigung aufweist. Der Halter 25 umfasst ferner einen Sicherungszapfen 27 der in eine Sicherungsnut 19 am Gleitelement 10 (vgl. 1B und 2B) zur axialen Lagesicherung des Gleitelements 10 eingreift. 2A-2B show a contact device 20 which is the replacement of the sliding element 10 simplified. The contact device 20 comprises two spring contact pins or pressure spring contacts 22 for electrical contacting of the end contact areas 18A . 18B the functional circuit 16 on the sliding element 10 (by arrows in 2 B illustrated). The spring contact pins 22 are with additional connector pins 23 on a circuit board 24 attached and conductively connected to these. The connector pins 23 are used for the plug connection with connecting lines of an evaluation circuit 42 ( 3 ). The circuit board 24 is on a lid-like holder 25 attached, which is made as an injection molded part and two holding arms 26 for attachment. The keeper 25 also includes a safety pin 27 the one in a locking groove 19 on the sliding element 10 (see. 1B and 2 B) for axial securing of the sliding element 10 intervenes.

3 zeigt einen Führungsschlitten 30 als gelagertes Lagerteil einer Lineargleitführung mit z.B. vier baugleichen Gleitelementen 10 nach 1A-1B zur Gleitlagerung an einer Doppelprofilschiene. Es kann ggf. auch nur ein als Indikator dienendes Gleitelement 10 nach 1A-1B mit drei herkömmlichen Gleitelement eingesetzt werden. Die Gleitelemente 10 sind jeweils in einem separaten Gehäuselager 32 aufgenommen, das eckseitig an einer Schlittenplatte 37 des Führungsschlittens 30 angebracht ist. Die Schlittenplatte 37 dient zur Montage am zu führenden Maschinenteil. Zumindest ein oder mehrere Gleitelemente 10 haben eine Funktionsschaltung 16 (1A-1B) die anhand einer zugeordneten Kontaktvorrichtung 20 (2A-2B) elektrisch kontaktiert ist. Die Kontaktvorrichtungen 20 sind in entsprechenden Aufnahmen 33 angeordnet und anhand der Haltearme 26 mit stirnseitigen Rastöffnungen 35 des jeweiligen Gehäuselagers 32 werkzeugfrei verrastbar. In der Schlittenplatte 37 sind zu jeder Aufnahme 33 Leitungskanäle 34 mit Steckbuchsen eingearbeitet bzw. vorgesehen, in welchen eine jeweilige Verbindungleitung für die entsprechende Funktionsschaltung 16 geführt wird. Die Kontaktierung der Druckfederkontakte 22 und Steckerstifte 23 erfolgt beim Verrasten der Kontaktvorrichtung 20. 3 shows a guide carriage 30 as a stored bearing part of a linear slide guide with, for example, four identical slide elements 10 to 1A-1B for plain bearings on a double profile rail. If necessary, it can also be only a sliding element serving as an indicator 10 to 1A-1B can be used with three conventional sliding elements. The sliding elements 10 are each in a separate housing bearing 32 added, the corner on a sled plate 37 of the carriage 30 is appropriate. The sled plate 37 is used for mounting on the machine part to be guided. At least one or more sliding elements 10 have a functional circuit 16 ( 1A-1B) based on an associated contact device 20 ( 2A-2B) is electrically contacted. The contact devices 20 are in corresponding recordings 33 arranged and based on the holding arms 26 with locking openings on the front 35 of the respective housing bearing 32 can be locked without tools. In the sled plate 37 are with every recording 33 ducts 34 incorporated or provided with sockets in which a respective connection line for the corresponding functional circuit 16 to be led. The contacting of the pressure spring contacts 22 and connector pins 23 takes place when the contact device is locked 20 ,

An der Unterseite des Führungsschlittens 30 ist eine Aufnahme 38 vorgesehen, in welcher ein elektronisches Modul 40 zum Anschluss der Funktionsschaltungen 16 über die jeweilige Kontaktvorrichtungen 20 vorgesehen ist. Das Modul 40 umfasst eine gemeinsame Auswerteschaltung 42, z.B. mit einem Mikroprozessor, und eine Batterie 44 zur Energieversorgung. Anhand der Kontaktvorrichtungen 20 können die Gleitelemente 10 bei Erreichen der Lebensdauer leicht ausgetauscht werden, insbesondere ohne Eingriff am Modul 40.At the bottom of the slide 30 is a recording 38 provided in which an electronic module 40 for connecting the functional circuits 16 via the respective contact devices 20 is provided. The module 40 includes a common evaluation circuit 42 , for example with a microprocessor, and a battery 44 for energy supply. Using the contact devices 20 can the sliding elements 10 can be easily replaced when the service life is reached, especially without any intervention on the module 40 ,

Die Auswerteschaltung 42 überwacht dabei zumindest den Verschleißzustand der Gleitelemente 10 über die angeschlossenen Funktionsschaltungen 16. Erreicht der Abrieb eines Gleitelements 10 die vorbestimmte Verschleißgrenze wird die Detektorstruktur 17 durchtrennt bzw. deren Widerstand erhöht. Die Auswerteschaltung 42 erfasst, ob der mit der Funktionsschaltungen 16 gebildete Stromkreis unterbrochen wird bzw. der elektrische Widerstand stark ansteigt und erkennt dadurch das Erreichen der Verschleißgrenze. The evaluation circuit 42 monitors at least the state of wear of the sliding elements 10 via the connected function circuits 16 , Reaches the abrasion of a sliding element 10 the predetermined wear limit becomes the detector structure 17 severed or their resistance increased. The evaluation circuit 42 detects whether the one with the functional circuits 16 formed circuit is interrupted or the electrical resistance increases sharply and thereby recognizes the reaching of the wear limit.

Die Auswerteschaltung 42 kann zudem weitere Betriebsparameter des Gleitlagers wie z.B. Beschleunigungs-, Temperatur-, Feuchtigkeitswerte erfassen. Die Auswerteschaltung 42 umfasst ein Kommunikationsmodul (nicht separat gezeigt) zur Datenübermittlung von Sensordaten bzw. Auswertungsergebnissen an ein übergeordnetes Überwachungssystem, z.B. über ein geeignetes Protokoll zur Funkkommunikation. Hinsichtlich geeigneter Kommunikationstechnik wird zur Verkürzung bspw. auf die Lehre aus WO 2018/115528 A1 , insbesondere zu den dortigen 8-9 verwiesen.The evaluation circuit 42 can also record other operating parameters of the plain bearing, such as acceleration, temperature and humidity values. The evaluation circuit 42 comprises a communication module (not shown separately) for data transmission of sensor data or evaluation results to a higher-level monitoring system, for example via a suitable protocol for radio communication. With regard to suitable communication technology, the teaching is shortened, for example WO 2018/115528 A1 , especially the ones there 8-9 directed.

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
    2525
    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 module 40 )
    4040
    Modulmodule
    4242
    Auswerteschaltungevaluation
    4444
    Batteriebattery

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2017/182662 A1 [0002, 0003, 0031, 0036]WO 2017/182662 A1 [0002, 0003, 0031, 0036]
  • WO 9740281 A1 [0035]WO 9740281 A1 [0035]
  • US 7217034 B2 [0035]US 7217034 B2 [0035]
  • DE 202004016094 U1 [0035]DE 202004016094 U1 [0035]
  • DE 202016101698 U1 [0035]DE 202016101698 U1 [0035]
  • WO 2018/115528 A1 [0045]WO 2018/115528 A1 [0045]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Norm VDI 3405 [0008]Standard VDI 3405 [0008]
  • DIN EN ISO 17296-2 [0008]DIN EN ISO 17296-2 [0008]

Claims (17)

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, the sliding element (10) comprising a prefabricated, in particular injection molding, molded part (12) made of plastic, which has a sliding surface (14) for the movable guidance of 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 means of an additive manufacturing method (AM method) is. Gleitelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (12) aus einem Tribopolymer vorgefertigt ist und als Schaltungsträger für die Funktionsschaltung (16) dient.Sliding element after Claim 1 , characterized in that the molded part (12) is prefabricated from a tribopolymer and serves as a circuit carrier for the functional circuit (16). Gleitelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschaltung (16) einen bzgl. des Betriebsparameters sensitiven Detektor (17) und Kontaktbereiche (18A, 18B) zur lösbaren Kontaktierung umfasst.Sliding element after Claim 1 or 2 , characterized in that the functional circuit (16) comprises a detector (17) sensitive to the operating parameter and contact areas (18A, 18B) for detachable contacting. Gleitelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (10) an einer Außenfläche (13), insbesondere gegenüberliegend der Gleitfläche (14), eine vorgefertigte Aussparungsstruktur (15) aufweist, in welcher die Funktionsschaltung (16) zumindest teilweise oder vollständig einliegt, wobei die Außenfläche (13) vorzugsweise konvex ausgeführt ist.Sliding element after Claim 1 . 2 or 3 characterized in that the sliding element (10) has a prefabricated recess structure (15) on an outer surface (13), in particular opposite the sliding surface (14), in which the functional circuit (16) lies at least partially or completely, the outer surface ( 13) is preferably convex. Gleitelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungsstruktur (15) eine Vertiefung umfasst, die zumindest bereichsweise in einem Abstand zur Gleitfläche (14) verläuft, der einer zu erkennenden Verschleißgrenze entspricht und/oder über zumindest einen überwiegenden Anteil des Umfangswinkels bzw. der Axiallänge der Gleitfläche verläuft.Sliding element after Claim 4 , characterized in that the recess structure (15) comprises a recess which extends at least in regions at a distance from the sliding surface (14) which corresponds to a wear limit to be recognized and / or extends over at least a predominant proportion of the circumferential angle or the axial length of the sliding surface , Gleitelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschaltung (16) auf das vorgefertigte Kunststoffteil (12) direkt und/oder integral aufgetragen ist, vorzugsweise durch ein EB-Verfahren.Sliding element according to one of the preceding claims, characterized in that the functional circuit (16) is applied directly and / or integrally to the prefabricated plastic part (12), preferably by an EB method. Gleitelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschaltung (16) aus einem Material mit Silber-, Kupfer- und/oder Carbon-Anteil gefertigt ist, wobei das Material eine deutlich höhere Leitfähigkeit aufweist, als der Kunststoff des vorgefertigten Formteils (12).Sliding element according to one of the preceding claims, characterized in that the functional circuit (16) is made of a material with a silver, copper and / or carbon content, the material having a significantly higher conductivity than the plastic of the prefabricated molded part ( 12). Gleitelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschaltung (16) Leiterbahnen umfasst, die durch das AM-Verfahren additiv aufgebracht sind und vorzugsweise eine Schichtstärke von ≤100µm, insbesondere im Bereich von 5-50µm aufweisen, sowie Kontaktbereiche (18A, 18B), die durch dasselbe AM-Verfahren additiv aufgebracht sind und vorzugsweise eine Schichtstärke von ≥200µm, insbesondere im Bereich von 250-500µm aufweisen.Sliding element according to one of the preceding claims, characterized in that the functional circuit (16) comprises conductor tracks which are additively applied by the AM method and preferably have a layer thickness of ≤100 µm, in particular in the range of 5-50 µm, and contact areas (18A, 18B), which are applied additively by the same AM process and preferably have a layer thickness of 200 200 μm, in particular in the range of 250-500 μm. Gleitelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschaltung (16) passiv ausgeführt ist und insbesondere aus Leiterbahnen und Kontaktbereichen (18A, 18B) besteht und zur resistiven Verschleißerkennung, insbesondere durch Leiterunterbrechung, dient.Sliding element according to one of the preceding claims, characterized in that the functional circuit (16) is passive and in particular consists of conductor tracks and contact areas (18A, 18B) and is used for resistive wear detection, in particular by conductor interruption. Gleitelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (12) aus einem Tribopolymer vorgefertigt ist, der ein Basispolymer und Festschmierstoffe und vorzugsweise Verstärkungsfasern und/oder Füllstoffe aufweist.Sliding element according to one of the preceding claims, characterized in that the molded part (12) is prefabricated from a tribopolymer which has a base polymer and solid lubricants and preferably reinforcing fibers and / or fillers. Gleitlager zur schmiermittelfreien Lagerung, mit einem ersten Lagerteil (30) und einem zweiten Lagerteil, wobei das erste Lagerteil (30) mindestens ein Gleitelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, das zur beweglichen Führung des zweiten Lagerteils relativ zum ersten Lagerteil dient, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Lagerteil (30) eine Auswerteschaltung (42) vorgesehen ist, welche mit der Funktionsschaltung an dem mindestens einen Gleitelement lösbar verbunden ist.Slide bearing for lubricant-free storage, with a first bearing part (30) and a second bearing part, the first bearing part (30) having at least one sliding element (10) according to one of the Claims 1 to 10 comprises, which serves to move the second bearing part relative to the first bearing part, characterized in that an evaluation circuit (42) is provided on the first bearing part (30), which is detachably connected to the functional circuit on the at least one sliding element. Gleitlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil (30) an einem das mindestens eine Gleitelement haltenden Gehäuseteil (32) eine mit der Auswerteschaltung (42) verbundene Kontaktvorrichtung (20), insbesondere mit Federkontaktstiften (22), zur lösbaren Kontaktierung der Auswerteschaltung (42) mit der Funktionsschaltung (16) aufweist.Plain bearing after Claim 11 , characterized in that the first bearing part (30) on a housing part (32) holding the at least one sliding element has a contact device (20) connected to the evaluation circuit (42), in particular with spring contact pins (22), for releasably contacting the evaluation circuit (42) with the functional circuit (16). Gleitlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktvorrichtung (20) mit einem Halter (25) zur Lagesicherung, insbesondere axialen und/oder radialen Lagesicherung des Gleitelements (10) ausgeführt ist.Plain bearing after Claim 12 , characterized in that the contact device (20) is designed with a holder (25) for securing the position, in particular axial and / or radial securing of the sliding element (10). Gleitlager nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil als Lagergehäuse bzw. -schlitten (30) ausgeführt ist und ein daran angebrachtes Modul (40) mit der Auswerteschaltung (42) und mit einer Energieversorgung (44) umfasst.Plain bearing after Claim 11 . 12 or 13 , characterized in that the first bearing part is designed as a bearing housing or slide (30) and comprises an attached module (40) with the evaluation circuit (42) and with a power supply (44). Gleitlager nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil (30) ein erstes Gleitelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst und ein zweites Gleitelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst, wobei die jeweilige Funktionsschaltung (16) des ersten und zweiten Gleitelements lösbar mit der Auswerteschaltung (42) zur Signalübertragung verbunden sind. Plain bearing according to one of the Claims 11 to 14 , characterized in that the first bearing part (30) has a first sliding element (10) according to one of the Claims 1 to 10 comprises and a second sliding element (10) according to one of the Claims 1 to 10 The respective functional circuit (16) of the first and second sliding elements are detachably connected to the evaluation circuit (42) for signal transmission. Gleitlager nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (42) mindestens einen Betriebsparameter anhand der Funktionsschaltung(en) (16) auswertet und ein Kommunikationsmodul umfasst, das zur Übermittlung eines Auswertungsergebnisses an ein übergeordnetes Überwachungssystem eingerichtet ist.Plain bearing according to one of the Claims 11 to 15 , characterized in that the evaluation circuit (42) evaluates at least one operating parameter on the basis of the functional circuit (s) (16) and comprises a communication module which is set up to transmit an evaluation result to a superordinate monitoring system. Verwendung eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 11 bis 16, in einer schmiermittelfreien Lineargleitführung.Use of a plain bearing according to one of the Claims 11 to 16 , in a lubricant-free linear slide guide.
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