WO2020015785A1

WO2020015785A1 - Sensoreinheit und lageranordnung mit einer derartigen sensoreinheit

Info

Publication number: WO2020015785A1
Application number: PCT/DE2019/100651
Authority: WO
Inventors: Alexander Schamin
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2020-01-23
Also published as: DE102018117314A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit (01 ) zur Integration in ein Wälzlager (14). Die Sensoreinheit (01) umfasst eine ringförmige Platine (02), welche zumindest abschnittsweise in einen Kunststoffverguss (09) eingebettet ist. Die Sensoreinheit (01 ) zeichnet sich dadurch aus, dass an einem Außenumfang der Platine (02) ein umlaufender Elastomereinsatz (03) befestigt ist, und dass an dem Außenumfang des Elastomereinsatzes (03) eine umlaufende Armierung (04) befestigt ist. Der Kunststoffverguss (09) bedeckt axiale Stirnflächen (07, 10) der Platine (02) und bevorzugt auch dem dem Elastomereinsatz (03) gegenüberliegenden Umfang der Platine (02). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Lageranordnung (13) mit einem Wälzlager (14) und einer in das Wälzlager (14) integrierten Sensoreinheit (01).

Description

Sensoreinheit und Laqeranordnunq mit einer derartigen Sensoreinheit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit, welche zur Integration in ein Wälzlager dient, um dieses mit einer Sensorfunktionalität auszustatten. Die

Sensoreinheit umfasst eine ringförmige Platine, welche zumindest abschnittsweise in einen Kunststoffverguss eingebettet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine

Lageranordnung mit einer integrierten Sensoreinheit.

Die DE 10 2017 103 414 B3 zeigt eine Resolverlageranordnung mit einem

Außenlagerring und einem Innenlagerring, die zueinander um eine gemeinsame Achse drehbar sind. Weiterhin umfasst die Resolverlageranordnung mindestens einen Winkelsensor zur Detektion der relativen Winkelstellung der Lagerringe zueinander. Der Winkelsensor beinhaltet einen an einem der beiden Lagerringe drehfest befestigten Resolverrotor und einen dem Resolverrotor gegenüberliegenden ringförmigen Resolverstator. Mindestens eine Kreisringscheibe dient als Halteelement und Federelement. Ein innerer oder ein äußerer Umfang der Kreisringschreibe liegt zumindest teilweise radial an einem Ausläufer an dem anderen der beiden Lagerringe an. Der Ausläufer ist an der Stirnseite des Lagerrings als eine zumindest einseitige axiale Verlängerung einer Mantelfläche des Lagerrings ausgebildet. Die

Kreisringscheibe ist vorzugsweise in bzw. um den Lagerring eingepresst. Die

Kreisringscheibe und der Lagerring bilden somit einen Pressverband und liegen kraftschlüssig aneinander an. An der eingepressten Kreisringscheibe können

Sensoren bzw. Sensorbauteile einfach befestigt und in Position gehalten werden.

Auch unter extremen Lagerbetriebszuständen, beispielsweise bei hohen Drehzahlen oder hohen Temperaturschwankungen soll der Halt der Sensorbauteile durch eine hohe mechanische Festigkeit, durch Vibrationsfestigkeit sowie Temperaturfestigkeit bzw. Temperaturunabhängigkeit gesichert sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine verbesserte

Sensoreinheit bereitzustellen, welche an einem Lager oder einem Gehäuse

insbesondere mittels Pressverband fixierbar ist. Die Sensoreinheit sollte auch unter schwierigen Einsatzbedingungen sicher in ihrer Position gehalten werden. Weiterhin soll eine Lageranordnung mit einer integrierten Sensoreinheit bereitgestellt werden. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dienen eine Sensoreinheit gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie eine Lageranordnung gemäß dem beigefügten

Anspruch 7.

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit umfasst eine zumindest teilweise ringförmige Platine, an deren Außenumfang ein in tangentialer Richtung umlaufender

Elastomereinsatz befestigt ist. Der Elastomereinsatz weist die Form eines

Zylindermantels bzw. eines dünnwandigen Hohlzylinders auf. An dem Außenumfang des Elastomereinsatzes ist eine in tangentialer Richtung umlaufende Armierung befestigt. Die Armierung besteht vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere Stahl, und weist bevorzugt die Form eines Zylindermantels bzw. eines dünnwandigen Hohlzylinders auf. Die Armierung ist bevorzugt durch eine Blechhülse gebildet. Die ringförmige Platine, der Elastomereinsatz und die Armierung sind bevorzugt koaxial zueinander angeordnet. Die Platine ist in einen Kunststoffverguss eingebettet, welcher zumindest die beiden axialen Stirnflächen der Platine und bevorzugt auch den dem Elastomereinsatz in radialer Richtung gegenüberliegenden inneren Umfang der Platine bedeckt. Die beiden axialen Stirnflächen der Platine sind durch eine Oberseite und durch eine Unterseite der Platine gebildet. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ist zum Einbau in ein Wälzlager oder in ein ein Wälzlager aufnehmendes Gehäuse vorgesehen und eignet sich insbesondere zur Befestigung an einem äußeren

Lagerring des Wälzlagers, wodurch ein Pressverband ausgebildet wird, bei welchem es sich insbesondere um einen Zylinderpressverband handelt. Mittels der

Sensoreinheit können Lagerzustandsgrößen, wie beispielsweise eine Drehzahl, überwacht werden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass eine robuste Sensoreinheit zur Verfügung steht, welche aufwandsarm und sicher durch einen Zylinderpressverband in einem Wälzlager bzw. in einem ein Wälzlager aufnehmenden Gehäuse fixierbar ist. Dies wird einerseits durch die verwendete Armierung erreicht, welche insbesondere dazu dient, die beim Einpressen der

Sensoreinheit in das Wälzlager auftretenden Kräfte aufzunehmen und somit die Platine vor Beschädigungen zu schützen. Die Sensoreinheit besitzt durch ihre metallische Armierung einen ähnlichen oder gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Wälzlager. Andererseits sorgt der zwischen der Platine und der Armierung angeordnete Elastomereinsatz für die nötige Flexibilität, um stets eine sichere

Fixierung der Sensoreinheit zu gewährleisten. Durch den Elastomereinsatz können beispielsweise während des Betriebs auftretenden Vibrationen ausgeglichen werden. Zwischen dem Elastomereinsatz und der Platine besteht vorzugsweise eine

Überdeckung in radialer Richtung. Trotzdem wirken auf die Platine keine großen Kräfte, da diese durch die Elastizität des Elastomereinsatzes kompensiert werden. Auch werden beim Einpressen der Sensoreinheit in das Wälzlager keine hohen Spannungen aus dem Zylinderpressverband auf die Platine übertragen. Das für den Kunststoffverguss verwendete Material benötigt somit keine elastischen

Eigenschaften und ist somit bevorzugt starr. Die Platine kann daher in einen herkömmlichen Kunststoffverguss eingebettet werden, weicher eine zuverlässige Abdichtung der Platine auch unter schwierigen Betriebsbedingungen ermöglicht.

Die Sensoreinheit kann für eine Montage an einem Außenring oder an einem

Innenring des Wälzlagers ausgebildet sein. Insofern die Sensoreinheit für eine

Montage an einem Innenring des Wälzlagers ausgebildet ist, so ist der umlaufende Elastomereinsatz an einem Innenumfang der Platine befestigt, und die umlaufende Armierung ist an einem Innenumfang des Elastomereinsatzes befestigt.

Ein abgewinkelter axialer Endbereich der Armierung erstreckt sich vorzugsweise zumindest teilweise in radialer Richtung über eine der beiden Stirnflächen der Platine. Der abgewinkelte Endbereich ist vorzugsweise an der Platine befestigt.

Der Elastomereinsatz ist bevorzugt als ein separates Einlegeteil ausgebildet.

Alternativ bevorzugt ist der Elastomereinsatz an die Armierung umlaufend

anvulkanisiert.

Bevorzugte Materialien für den Elastomereinsatz sind Nitrilkautschuk (NBR) und Fluorkautschuk (FKM). Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten

Materialien erfolgen. Bevorzugte Materialien für den Kunststoffverguss sind beispielsweise Polyamid, Epoxidharz und Duroplast. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Materialien erfolgen. Andere, unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen beständige, Materialien sind möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Sensoreinheit mit einer

Auswerteeinheit verbunden. In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Sensoreinheit mit einem Anschlusskabel zum Anschluss an eine

Auswerteeinheit auszustatten. Es sind jedoch auch alternative bevorzugte

Ausführungsformen möglich, bei denen die Datenübertragung zur Auswerteeinheit nicht über Kabel, sondern drahtlos, vorzugsweise mittels Funksignal erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst ein Wälzlager mit einem ersten Lagerring, einem relativ zu dem ersten Lagerring drehbaren zweiten Lagerring und mehreren zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring angeordneten Wälzkörpern. An einem der beiden Lagerringen ist die beschriebene

erfindungsgemäße Sensoreinheit befestigt. Die Sensoreinheit ist bevorzugt an demjenigen der beiden Lagerringe befestigt, welcher einen Außenring des Wälzlagers bildet. Die Sensoreinheit erstreckt sich radial zwischen den beiden Lagerringen.

Zwischen der Sensoreinheit und dem Lagerring besteht vorzugsweise eine

Pressverbindung, insbesondere eine Zylinderpressverbindung.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den mit der Sensoreinheit verbundenen Lagerring mit einem Anschlag auszustatten. Während der Montage der Sensoreinheit kommt es beim Kontakt der Armierung mit diesem Anschlag zu einer plastischen Verformung der Armierung, wodurch die Verbindung zwischen der Platine und der Armierung zusätzlich gesichert wird.

Der mit der Sensoreinheit verbundene Lagerring besitzt vorzugsweise einen sich axial erstreckenden Ausläufer, an welchem die Sensoreinheit befestigt ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit 01. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit 01 umfasst zunächst eine ringförmige Platine 02, wobei die Ansicht den Querschnitt der Sensoreinheit 01 nur auf einer der beiden Seiten einer in der Querschnittsebene befindlichen Achse zeigt. An einem Außenumfang der ringförmigen Platine 02 ist ein umlaufender Elastomereinsatz 03 befestigt. Zwischen dem Elastomereinsatz 03 und der Platine 02 besteht vorzugsweise eine gewisse Überdeckung. An einem

Außenumfang des Elastomereinsatzes 03 befindet sich eine Armierung 04. Die Armierung 04 besteht bevorzugt aus Stahl. Der Elastomereinsatz 03 kann als separates Bauteil ausgeführt sein. Alternativ kann der Elastomereinsatz 03 an die Armierung 04 anvulkanisiert sein. Ein im Wesentlichen rechtwinklig abgewinkelter erster axialer Endbereich 05 der Armierung 04 erstreckt sich in radialer Richtung über eine erste Stirnfläche des Elastomereinsatzes 03 und abschnittsweise über eine erste Stirnfläche 07 der Platine 02. Der erste Endbereich 05 der Armierung 04 ist

vorzugsweise an der Platine 02 befestigt. Ein stumpfwinklig abgewinkelter zweiter axialer Endbereich 08 der Armierung 04 erstreckt sich in radialer Richtung über eine zweite Stirnfläche des Elastomereinsatzes 03. Die Platine 02 ist in einen

Kunststoffverguss 09 eingebettet, welcher sich über die erste Stirnfläche 07, eine zweite Stirnfläche 10 der Platine 02 und über einen Innenumfang der Platine 02 erstreckt. Der Kunststoffverguss 09 besteht beispielsweise aus Polyamid, Epoxidharz, Duroplast oder einem anderen geeigneten Material, welches resistent auch unter schwierigen Umweltbedingungen, wie extremen Temperaturen und einwirkenden Medien, ist. Die Sensoreinheit 01 weist weiterhin ein Anschlusskabel 12 zum

Anschluss an eine externe Auswerteeinheit (nicht dargestellt) auf. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 13. Die erfindungsgemäße Lageranordnung 13 umfasst ein Wälzlager 14 mit einem ersten Lagerring 15 und einem zweiten Lagerring 17. Die beiden Lagerringe 15, 17 sind relativ zueinander drehbar. Der erste Lagerring 15 ist als Außenring und der zweite Lagerring 17 als Innenring ausgebildet. Zwischen dem ersten Lagerring 15 und dem zweiten Lagerring 17 befinden sich Wälzkörper 18. Der erste Lagerring 15 weist einen sich axial erstreckenden ersten Ausläufer 19 auf. Der zweite Lagerring 17 besitzt einen sich axial erstreckenden zweiten Ausläufer 20. Am Innenumfang des ersten Ausläufers 19 ist die in Fig.1 gezeigte Sensoreinheit 01 befestigt. Zwischen dem ersten Lagerring 17 und der Sensoreinheit 01 besteht eine Zylinderpressverbindung. Die Sensoreinheit 01 erstreckt sich radial zwischen dem ersten Ausläufer 19 und dem zweiten Ausläufer 20. An dem Innenumfang des ersten Ausläufers 19 ist ein Anschlag 22 angeordnet, welcher bei der Montage der

Sensoreinheit 01 für eine plastische Verformung der Armierung 04 der Sensoreinheit 01 sorgt und somit die Verbindung zwischen der Armierung 04 und der Platine 02 zusätzlich sichert. Mit der Sensoreinheit 01 können Betriebszustandsgrößen des Wälzlagers 14, wie beispielsweise die Drehzahl des Wälzlagers 14, erfasst werden.

Bezuqszeichenliste Sensoreinheit

Platine

Elastomereinsatz

Armierung

erster Endbereich der Armierung

- erste Stirnfläche der Platine

zweiter Endbereich der Armierung

Kunststoffverguss

zweite Stirnfläche der Platine Anschlusskabel

Lageranordnung

Wälzlager

erster Lagerring

- zweiter Lagerring

Wälzkörper

erster Ausläufer des ersten Lagerrings zweiter Ausläufer des zweiten Lagerrings Anschlag an dem ersten Ausläufer

Claims

Patentansprüche

1. Sensoreinheit (01 ) zur Integration in ein Wälzlager (14), umfassend eine

ringförmige Platine (02), welche zumindest abschnittsweise in einen

Kunststoffverguss (09) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfang der Platine (02) ein umlaufender Elastomereinsatz (03) befestigt ist, wobei an dem Außenumfang des Elastomereinsatzes (03) eine umlaufende Armierung (04) befestigt ist, und wobei der Kunststoffverguss (09) axiale

Stirnflächen (07, 10) der Platine (02) bedeckt.

2. Sensoreinheit (01 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich ein abgewinkelter erster axialer Endbereich (05) der Armierung (04) zumindest teilweise in radialer Richtung und abschnittsweise über eine der beiden

Stirnflächen (07, 08) der Platine (02) erstreckt, wobei der abgewinkelte erste axiale Endbereich (05) an der Platine (02) befestigt ist.

3. Sensoreinheit (01 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomereinsatz (03) an die Armierung (04) anvulkanisiert ist.

4. Sensoreinheit (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffverguss (09) aus Polyamid, Epoxidharz oder Duroplast besteht.

5. Sensoreinheit (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbindbar ist.

6. Sensoreinheit (01 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Anschlusskabel (12) zum Anschluss an eine Auswerteeinheit aufweist.

7. Lageranordnung (13), umfassend ein Wälzlager (14) mit einem ersten Lagerring (15), einem relativ zu dem ersten Lagerring (15) drehbaren zweiten Lagerring (17) und mehreren zwischen dem ersten Lagerring (15) und dem zweiten Lagerring (17) angeordneten Wälzkörpern (18) sowie eine an einem der beiden Lagerringe (15, 17) befestigte, sich radial zwischen den beiden Lagerringen (15, 17) befindende Sensoreinheit (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Lageranordnung (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sensoreinheit (01 ) und dem Lagerring (15) eine Zylinderpressverbindung besteht.

9. Lageranordnung (13) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Sensoreinheit (01 ) verbundene Lagerring (15) einen Anschlag (22) aufweist, wobei die Armierung (04) eine durch den Anschlag (22) während der Montage der Sensoreinheit (01 ) erzeugte plastische Verformung aufweist.

10. Lageranordnung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass der mit der Sensoreinheit (01 ) verbundene Lagerring (15) einen sich axial erstreckenden Ausläufer (19) aufweist, wobei die Sensoreinheit (01 ) an dem Ausläufer (19) befestigt ist.