DE3413830A1 - Measuring instrument - Google Patents

Measuring instrument

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DE3413830A1 DE19843413830 DE3413830A DE3413830A1 DE 3413830 A1 DE3413830 A1 DE 3413830A1 DE 19843413830 DE19843413830 DE 19843413830 DE 3413830 A DE3413830 A DE 3413830A DE 3413830 A1 DE3413830 A1 DE 3413830A1
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Abstract

Proposed for the measurement of forces and vibrations on antifriction bearings is a measuring instrument having a sensor which is formed by a bimorphous piezoelectric element serving to generate force-dependent signals. The piezoelectric element has two layers lying one on top of the other like a sandwich, and is accommodated in a protective sheath formed by a tube. Whereas the tube forms the earth conductor, the conductors connected to the central electrode of the piezoelectric element are guided to the outside through the interior of the tube, it being the case that they are surrounded in the interior of the tube by a jacket made from elastic material.

Description

Meßeinrichtung Measuring device

Die Erfindung }trifft eine Meßeinrichtung zum Erfassen von auf ein Wälzlager einwirkenden Kräften mit Hilfe eines auf die Amplituden der durch den Wälzkörperumlauf ausgelösten Dehnungen in einem Ring des Wälzlagers oder einem den Ring.umgebenden Gehäuse ansprechenden Sensors.The invention} a measuring device for detecting on occurs Forces acting on roller bearings with the help of an on the amplitudes of the through the Rolling element circulation triggered expansions in a ring of the rolling bearing or one of the Ring.surrounding housing of responsive sensor.

Bei Meßeinrichtungen der vorstehenden Art, wie sie beispielsweise au.s der US-PS 39 00 812 bekannt sind, werden als Sensoren regelmässig Dehnmeßstreifen verwendet, deren Anbringung am Meßobjekt vergleichsweise aufwendig ist und die keine aktiven, d.h. selbst ein Signal erzeugende Geber darstellen.In measuring devices of the above type, such as those for example also known from US Pat. No. 3,900,812, strain gauges are regularly used as sensors used, their attachment to the test object is comparatively expensive and none represent an active encoder, i.e. an encoder that generates a signal itself.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfache und wirksame Meßeinrichtung der in Betracht gezogenen Art zu schaffen, die mit einem Sensor versehen ist, der sich leicht montieren und demontieren läßt, d.h. dqr ohne Schwierigkeiten austauschbar ist und der darüber hinaus besonders feinfühlig auf auftretende Dehnungen reagiert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor als aus mindestens zwei sandwichartig übereinanderliegenden Schichten bestehendes bimorphes Piezoelement mit Mittelelektrode ausgebildet ist.The invention is based on the object of a particularly simple one and to provide effective measuring equipment of the type contemplated, using a Sensor is provided, which can be easily assembled and disassembled, i.e. dqr without Difficulties are interchangeable and, moreover, are particularly sensitive occurring expansion reacts. According to the invention, this object is achieved by that the sensor is made up of at least two sandwich-like layers existing bimorph piezoelectric element is formed with a central electrode.

Die erfindungsgemässe Meßeinrichtung zeichnet sich durch einen einfaches Aufbau aus. Durch die.Verwendung eines vorzugsweise aus nur zwei Schichten bestehenden bimorphen Piezoelementes der beschriebenen Art ist eine miniaturisierte Bauweise des Sensors möglich. Der Verdrahtungsaufwand im Bereich des Wälzlagers bzw. des das Wälzlager aufnehmenden Gehäuses ist gering.The measuring device according to the invention is characterized by a simple one Construction from. By using one which preferably consists of only two layers bimorph piezoelectric element of the type described is a miniaturized design of the sensor possible. The wiring effort in the area of the roller bearing or the the housing accommodating the rolling bearing is small.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die der Mittelelektrode abgewandten Außenflächen der beiden Schichten des Piezoelementes leitend mit einem als Masseleiter ausgebildeten das Piczonlerncnt umq hliessrnçJen Rohr verbunden. Das Rohr hildet dabei nicht nur eine Schutzhülle für das Piezoelement sondern es eröffnet auch die Möglichkeit, daß das das Piezoelement umschliessende Ende des Rohres nach Art eines Steckerstiftes ausgebildet werden kann, der in eine Nut oder eine Bohrung des Außenringes des Wälzlagers oder eines dieses umschliessenden Gehäuses einführbar ist.In a preferred embodiment they are those of the center electrode remote outer surfaces of the two layers of the Piezo element conductive with a trained as a ground conductor, the Piczon Lerncnt aroundq hliessrnçJen Pipe connected. The tube not only forms a protective cover for the piezo element but it also opens up the possibility that the one enclosing the piezo element End of the tube can be designed in the manner of a plug pin, which is in a Groove or a bore in the outer ring of the rolling bearing or one surrounding it Housing is insertable.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mehrerer in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Geber einer Meßeinrichtung: Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie iI-II in Fig. 1; Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf das in den Geber gemäß Fig. 1 eingebaute Piezoelement; Fig. 4 die Stirnansicht des Piezoelementes gemäß Fig. 3 in Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 3 betrachtet; Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen abgewapdelten Geber; Fig. 6 einen Schnitt längs der linie Vl-VI in Fig. 5; Fig. 7 eine erste Möglichkeit zur Anordnung eines Gebers der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art; Fig. 8 eine zweite Möglichkeit zur Anordnung eines Gebers der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art und Fig. 9 eine dritte Möglichkeit zur Anordnung eines Gebers.Further features and details of the invention emerge from the Subclaims and the following description of several in the attached drawing illustrated embodiments. They show: FIG. 1 a longitudinal section through the Transmitter of a measuring device: FIG. 2 shows a section along the line iI-II in FIG. 1; FIG. 3 shows, on an enlarged scale, a plan view of the sensor in accordance with FIG. 1 built-in piezo element; FIG. 4 shows the front view of the piezo element according to FIG. 3 viewed in the direction of arrows IV-IV in Fig. 3; Fig. 5 is a longitudinal section through a detached encoder; 6 shows a section along the line VI-VI in FIG. 5; 7 shows a first possibility for the arrangement of a transmitter of the type shown in FIGS. 1 and 2 Kind; 8 shows a second possibility for the arrangement of a transmitter in FIGS. 1 and 2 and FIG. 9 shows a third possibility for the arrangement of a transmitter.

In Fig. 1 ist 1 ein bimorphes Piezoelement, welches mit Hilfe einer Halterung 2 im einen Ende 3 eines Rohres 4 gehalten wird, an dessen anderem Ende 5 eine Koaxialsteckdose 6 angeordnet ist. Das Rohr 4 besteht aus plastisch verformbarem Material und läßt sich in Grenzen an vorgegebene Einbaumodalitäten anpassen. Piezoelement 1, Rohr 4 und Koaxialsteckdose 6 bilden eine bequem handhabbare Baueinheit.In Fig. 1, 1 is a bimorph piezoelectric element, which with the help of a Bracket 2 is held in one end 3 of a tube 4, at the other end 5 a coaxial socket 6 is arranged. The tube 4 consists of plastically deformable Material and can be adapted within limits to the given installation modalities. Piezo element 1, tube 4 and coaxial socket 6 form a conveniently manageable unit.

Das Piezoelement 1 ist über Leiter 7 mit einem Kontaktstift 8 der Koaxialsteckdose 6 verbunden. 9 ist ein Mantel aus elastischem Material, der einerseits isoliert und andererseits Bewegungen der Leiter 7 im Rohr dämpft, um einem Leiterbruch entgegenzuwirken. Um di hage des Piezoelementes 1 im Ende 3 des Rohres 4 zu fixieren, ist das Rohr 4 im Bereich des Endes mit Öffnungen 10 versehen, in denen die Halterung 2 vexankert ist. Die Halterung 2 besteht vorzugsweise aus einem Weichlot. Dies bedeutet, daß die Öffnungen 10 auch zum Einbringen der Halterung 2 genutzt werden können.The piezo element 1 is via conductor 7 with a contact pin 8 of the Coaxial socket 6 connected. 9 is a jacket made of elastic material, on the one hand isolated and on the other hand dampens movements of the conductor 7 in the pipe to a conductor break to counteract. To fix di hage of the piezo element 1 in the end 3 of the tube 4, the tube 4 is provided in the region of the end with openings 10 in which the holder 2 is anchored. The holder 2 is preferably made of a soft solder. This means, that the openings 10 can also be used to introduce the holder 2.

Im dargestellten Fall dient das über die leitende Halterung 2 mit dem Piezoelement 1 verbundene Rohr 4 als Masseleiter.In the case shown, this is also used via the conductive holder 2 the piezo element 1 connected pipe 4 as a ground conductor.

Aus den Fig. 3 und 4 geht hervor, daß das Piezoelement 1 aus zwei Schichten 11 und 12 besteht, die sandwichartig aufeinander liegen. Im Bereich der Fuge zwischen den Schichten 11 und 12 sind die vier als Mittelelektrode ausgebildeten Leiter 7 angeordnet. Außen sind die Schichten 11 und 12 mit Metallisierungen 13 und 14 versehen.From Figs. 3 and 4 it can be seen that the piezoelectric element 1 consists of two Layers 11 and 12, which are sandwiched on top of each other. In the field of Joint between the layers 11 and 12 are the four designed as a center electrode Head 7 arranged. The layers 11 and 12 with metallizations 13 are on the outside and 14 provided.

Während bei dem Ausführungsheispiel gemäß Fig. 1 bis 3 das Rohr einen ovalen Querschnitt hat, zeigen die Fig. 5 und 6 einen Geber mit einem Rohr 4, dessen Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist. Das Ende 3 des Rohres 4 des Gebers gemäß Fig. 5 und 6 verjüngt sich nacl) Art eines Kegelstumpfes. Das Ende 3 kann folglich als Steckerstift genutzt werden.While in the Ausführungshebeispiel shown in FIGS. 1 to 3, the tube one has an oval cross-section, FIGS. 5 and 6 show a transmitter with a tube 4, whose Cross-section is circular. The end 3 of the tube 4 of the encoder according to 5 and 6 tapers in the manner of a truncated cone. The end 3 can consequently can be used as a connector pin.

Einbaumöglichkeiten der beschriebenen Geber in Wälzlager von Wellenlagerungen zeigen die Fig. 7 bis 9.Installation options for the encoders described in roller bearings of shaft bearings Figures 7 to 9 show.

In Fig. 7 ist 15 der Außenring eines Kugel lagers, der mit einer axialen Nut 16 versehen ist. Die Nut 16 verjüngt sich zum dem Koaxialstecker 6 abgewandten Ende des rohres 4 leicht. Die Abmessungen der Nut 16 und des Rohres 4 sind mit anderen Worten so aufeinander abgestimmt, daß das Rohr 4 nach dem Einstecken kraftschlüssig in der Nut 16 gehalten wird.In Fig. 7, 15 is the outer ring of a ball bearing with an axial Groove 16 is provided. The groove 16 tapers towards the coaxial plug 6 facing away End of the tube 4 slightly. The dimensions of the groove 16 and the tube 4 are different Words so coordinated that the tube 4 is non-positive after insertion is held in the groove 16.

Während im Falle der Fig. 7 der Außenring 15 des Wälzlagers mit einer Nut versehen ist, ist im Falle der Fig. 8 in die Bohrung 17 zur Aufnahme des Außenringes 18 eine Nut 19 eingearbeitet, die auch hier wieder eine Aufnahme für das nach Art eines Steckerstiftes in die Nut 19 einführbare Rohr 4 formt.While in the case of FIG. 7, the outer ring 15 of the rolling bearing with a Groove is provided, is in the case of FIG. 8 in the bore 17 for receiving the outer ring 18 incorporated a groove 19, which here again is a receptacle for the according to Art a plug pin in the groove 19 insertable tube 4 forms.

Um im Bereich des das Piezoelement umschliessenden Teiles des Rohres 4 eine flächige, d.h. satte, Anlage zwischen den Außenflächen des Rohres und den diesem zugewandten Fläche der Nut 19 zu gewährleisten, sind Rohr 4 und Nut 19,wie bei 20 angedeutet, an ihren Enden keilförmig verjüngt. Im Falle der Fig. 9 ist das Rohr 4 eines Gebers der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Art in eine kegelstumpfförmige Bohrung 21 gesteckt, die siCh in unmittelbarer Nähe des Außenringes 18 eines Wälzlagers in dem dieses umschliessenden Gehäuse 22 befindet. Das abgekröpfte Ende 5 ist in diesem Fall durch den Lagerdeckel 23 geschützt angeordnet.To in the area of the part of the tube surrounding the piezo element 4 a flat, i.e. full, contact between the outer surfaces of the pipe and the To ensure this facing surface of the groove 19 are tube 4 and groove 19, such as indicated at 20, tapers at their ends in a wedge shape. In the case of FIG. 9, this is Tube 4 of a transmitter of the type shown in FIGS. 5 and 6 into a frustoconical Hole 21 inserted, which is in the immediate vicinity of the outer ring 18 of a roller bearing in which this enclosing housing 22 is located. The cranked end 5 is in In this case, arranged protected by the bearing cover 23.

Die Fig. 7 bis 9 machen deutlich, daß die Montage und D«-montage des Gebers schnell und auttXinfache Weise erfolgen kann. Klcbe- und Justiervorgänge erübrigen sich völlig.7 to 9 make it clear that the assembly and D «assembly of the Done quickly and easily can. Klcbe and Adjustment processes are completely unnecessary.

Sollte das jeweilige Wälzlager verschlissen sein, kann es ohne Beschädigung des Gebers bzw. Sensors gegen ein neues ausgetauscht werden.If the respective roller bearing is worn, it can be damaged without damage of the encoder or sensor can be exchanged for a new one.

Claims (13)

Ansprüche Meßeinrichtung zum Erfassen von auf ein Wälzlager einwirkenden Kräften mit Hilfe eines auf die Amplituden der durch den Wälzkörperumlauf ausgelösten Dehnungen in einem Ring des Wälzlagers oder einem den Ring umgebenden Gehäuse ansprechenden Sensors, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sensor als aus mindestens zwei sandwichartig übereinanderliegenden Schichten (11,12) bestehendes bimorphes Piezoelement (1) mit Mittelelektrode (7) ausgebildet ist. Claims measuring device for detecting acting on a roller bearing Forces with the help of an on the amplitudes triggered by the rolling element circulation Expansions in a ring of the rolling bearing or a housing surrounding the ring appealing Sensor, it is noted that the sensor is made from at least two sandwich-like layers (11, 12) consisting of a bimorph Piezo element (1) is formed with a central electrode (7). 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Mittelelektrode mindestens zwei Leiter (7) umfaßt. 2. Device according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the center electrode comprises at least two conductors (7). 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die der Mittelelektrode (7) abgewandten Außenflächen der beiden Schichten (11,12) des Piezoelementes (1) leitend mit einem als Masseleiter ausgebildeten, das Piezoelement (1) umschliessendcn Rohr (4) verbunden sind. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that those facing away from the center electrode (7) Exterior surfaces of the two layers (11, 12) of the piezo element (1) conductive with one as a ground conductor formed, the piezo element (1) umschlendcn tube (4) are connected. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch 9 e k e n n -z e i c h n e t , daß das das Pie%oelement (1) umschliessende Ende (3) des Rohres (4) nach Art eines Steckerstiftes' ausgebildet ist.4. Device according to claim 3, characterized in 9 e k e n n -z e i c h n e t that the end (3) of the tube (4) surrounding the pie% oelement (1) according to Art a plug pin 'is formed. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß am dem Piezoelement (1) abgewandten Ende (5) des Rohres (4) eine Koaxialsteckdose (6) angeordnet ist.5. Device according to claim 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the end (5) of the tube (4) facing away from the piezo element (1) has a coaxial socket (6) is arranged. 6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Piezoelement (1) in eine Halterung (2) aus Weichlot eingebettet ist.6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the piezo element (1) is embedded in a holder (2) made of soft solder is. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Rohr (4) im Bereich der Halterung (2) für das Piezoelement (1) mit Öffnungen (10) zum Verankern der Halterung (2) versehen ist.7. Device according to claim 6, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the tube (4) in the area of the holder (2) for the piezo element (1) with openings (10) is provided for anchoring the bracket (2). 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rohr (4) aus plastisch deformierbarem Material besteht.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized g e k e n It is noted that the tube (4) consists of plastically deformable material. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch g e k e n n z c ì. c h n e t , daß die Leiter (7) im Innern des Rohres (4) mit einem Mantel (9) aus elastischem Material umgeben sind.9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized g e k e n n z c ì. c h n e t that the conductor (7) inside the tube (4) with a jacket (9) are surrounded by elastic material. 10. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, t dadurch g e k e n n -/ e i. c h n e t , daß das Rohr (4) in einer Nut (16,19) oder einer Bohrung (21) des Außenringes (15,f8) des Wälzlagers oder eines dieses umschliessenden Gehäuses (22) gehalten wird.10. Device according to claim 4 or 5, t thereby g e k e n n - / e i. c h n e t that the tube (4) in a groove (16,19) or one Bore (21) of the outer ring (15, f8) of the roller bearing or one surrounding it Housing (22) is held. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß mindestens das lande der Nut (16,19) oder Bohrung (21) verjüngt ist.11. Device according to claim 10, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that at least the land of the groove (16,19) or bore (21) is tapered. 12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß zumindest der das Piezoelement (1) umschliessende Bereich des Rohres (4) verjüngt ist.12. Device according to claim 10 or 11, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that at least the area surrounding the piezo element (1) Tube (4) is tapered. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rohr (4) und die Nut (19) bzw. die Bohrung (21) sich in ihrem jeweils verjüngten Bereich flächig berühren.13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized g e k It is noted that the tube (4) and the groove (19) or the bore (21) touch each other flat in their respective tapered area.
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