устройство для установки подшипника с позиционным датчиком

Формула изобретения

1. Устройство для установки подшипника с позиционным датчиком, содержащее базирующий элемент (2) для подшипника и расположенный в базирующем элементе (2) подшипник (3) с подвижной относительно базирующего элемента (2) для подшипника первой частью (4) подшипника, причем позиционный датчик (6) содержит потенциометр с резистивной дорожкой (8) и позиционным штифтом (7), отличающееся тем, что резистивная дорожка (8) присоединена к одной из деталей - к базирующему элементу (2) или к первой части (4) подшипника, причем позиционный штифт (7) присоединен к другой из деталей - к базирующему элементу (2) или к первой части (4) подшипника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что позиционный датчик выполнен в виде пленочного потенциометра.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что подшипник (3) содержит вторую часть (5) подшипника, которая стационарно установлена на базирующем элементе (2) для подшипника.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что подшипник (3) выполнен в виде подшипника качения или в виде подшипника скольжения, причем первая часть (4) подшипника выполнена в виде первого кольца подшипника, а вторая часть (5) подшипника в виде второго кольца подшипника.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что позиционный штифт (7) расположен перпендикулярно торцевой поверхности (10) первого кольца (4) подшипника.

6. Применение пленочного потенциометра в устройстве (1) для установки подшипника по любому из пп.1-5 в качестве позиционного датчика (6) с аналоговым выходным сигналом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для установки подшипника в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, с позиционным датчиком.

Из практики известно о возможности учета положения обоих колец подшипника или частей подшипника относительно друг друга. К примеру, у вращающегося подшипника с двумя кольцами подшипника к одному кольцу подшипника может быть присоединено устройство замкнутого магнитного кодирования, а ко второму из двух колец подшипника - магнитный датчик, который регистрирует изменение магнитного поля устройства магнитного кодирования при перемещении обоих колец подшипника относительно друг друга и подает цифровой выходной сигнал. На основании этого цифрового выходного сигнала лишь с привлечением больших затрат можно рассчитать положение обоих колец подшипника относительно друг друга; из-за оцифровки сигнала возникают также неточности разрешения местоположения.

В документе JP 2004308724 АА (реферат) раскрыт вращающийся подшипник качения с вращающимся датчиком, причем дополнительно к двум выполненным в виде колец подшипника частям подшипника на обойме тела качения предусмотрен механизм магнитного кодирования, который в направлении периферии меняет степень намагниченности. Напротив механизма магнитного кодирования расположен магнитный датчик, который подает выходной сигнал, аналогичный абсолютному положению обоих колец подшипника. Конструктивно такой позиционный датчик является достаточно дорогостоящим, требует дополнительной электронной обработки сигнала и предоставляет лишь небольшое пространственное разрешение. Кроме того, существующие подшипники, в частности подшипники качения, не могут быть переоснащены без затруднений.

Документ DE 20316544 U1 описывает вращающийся подшипник качения с устройством контроля, содержащим датчик, который учитывает относительное перемещение обоих выполненных в виде колец подшипника качения частей подшипника. Не описанный более детально датчик выполнен как работающий по бесконтактному принципу датчик измерения перемещений.

В JP 2006029517 АА (реферат) описан вращающийся подшипник качения с двумя выполненными в виде колец подшипника частями подшипника и вращающимся датчиком, который учитывает вращение обоих колец подшипника относительно друг друга. Вращающийся датчик определяет вихревой поток на поверхности одного из двух колец подшипника, который инициируется: посредством окружающей другое из двух колец подшипника, выполненной эксцентрично относительно оси вращения, магнитной структуры, как только оба кольца подшипника начнут вращаться относительно друг друга. Абсолютное измерение положения с аналоговым выходным сигналом, таким образом, невозможно.

В опубликованной заявке DE 102008008727.0 (12 февраля 2008 г.) описан подшипник, содержащий первую часть подшипника, подвижную относительно первой части подшипника вторую часть подшипника и позиционный датчик, который выдает соответствующий относительному положению обоих частей подшипника аналоговый сигнал, причем позиционный датчик содержит потенциометр, который имеет резистивную дорожку и позиционный штифт, причем резистивная дорожка без возможности вращения соединена с первой частью подшипника, а позиционный штифт без возможности вращения соединен со второй частью подшипника.

Вышеупомянутые документы и вышеупомянутая, опубликованная позднее заявка описывают соответственно подшипник, состоящий из двух частей, причем на каждой из двух частей подшипника предусмотрено конструктивное видоизменение для формирования позиционного датчика.

Документ DE 102005007776 А1 описывает устройство для установки подшипника с базирующим элементом, в который установлен подшипник, причем подшипник выполнен в виде вращающегося подшипника с двумя кольцами подшипника, причем на стационарном из двух колец подшипника расположено три не описанных более детально датчика для определения положения кольца подшипника относительно базирующего элемента для подшипника. Датчики расположены при этом вдоль периферии кольца подшипника с пространственным зазором и регистрируют положение кольца подшипника относительно базирующего элемента для подшипника лишь в трех точках вдоль периферии кольца подшипника. Выходные параметры датчика служат для дополнительной регулировки положения подшипника в базирующем элементе для подшипника.

Задачей изобретения является создание устройства для установки подшипника с позиционным датчиком, которое простым способом делает возможным надежный учет относительного положения подшипника в устройстве для установки подшипника, а также учет положения частей подшипника относительно друг друга.

Эта задача решается в соответствии с изобретением посредством устройства для установки подшипника, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения.

Поскольку далее изобретение поясняется на основании колец подшипника в качестве составных частей вращающегося подшипника, то следует учесть, что изобретение относится также и к частям линейного подшипника, а описание также относится и к линейному подшипнику.

Позиционный датчик имеет при этом потенциометр, составные части которого, позиционный штифт и резистивная дорожка, без возможности вращения соединены с обоими кольцами подшипника, так что изменение положения обоих колец подшипника относительно друг друга вызывает изменение электрических характеристик потенциометра. Если потенциометр рассматривается в качестве делителя напряжения, то каждому положению колец подшипника относительно друг друга, и, в особенности, каждому углу поворота, который образуют между собой кольца подшипника, соответствует определенное значение напряжения. Другие характеризующие работу подшипника параметры, такие как число оборотов, ускорение, направление вращения (у вращающихся подшипников) или обратный путь или направление (у линейных подшипников) могут быть легко получены, поскольку положение колец подшипника учитывается в различные моменты времени.

Определенный участок потенциометра, к примеру, одна из его концевых точек, может характеризоваться тем, что на первом кольце подшипника предусмотрено место, которое позволяет в полной мере осуществлять учет положения, в частности, когда первое кольцо подшипника расположено стационарно относительно полностью принимающего подшипник базирующего элемента для подшипника.

Установка позиционного штифта на стационарную относительно первой части подшипника часть подшипника и резистивной дорожки на базирующий элемент для подшипника позволяет в случае с подшипником, состоящим из двух или более частей, модифицировать лишь одну из частей подшипника, так что нет необходимости в конструктивном изменении других частей подшипника. То же самое относится и к случаю, когда позиционный штифт располагается на базирующем элементе для подшипника, а резистивная дорожка - на первой части подшипника. В обоих случаях возможно учитывать положение первой части подшипника как относительно других частей подшипника, так и относительно базирующего элемента для подшипника, в частности, если подшипник в предпочтительном варианте выполнения имеет вторую часть, которая стационарным образом расположена на базирующем элементе для подшипника.

В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что потенциометр выполнен в виде пленочного потенциометра. Пленочные потенциометры являются малогабаритными потенциометрами и обычно имеют толщину примерно менее 0,5 мм, так что могут закрепляться и на изогнутых поверхностях, таких как внутренняя боковая поверхность наружного кольца подшипника. Пленочные потенциометры являются очень прочными и надежными в эксплуатации, и такими пленочными потенциометрами могут дооснащаться уже имеющиеся подшипники качения или подшипники скольжения. Контактирование между расположенными на расстоянии друг от друга токопроводящими полосками плечного потенциометра может осуществляться по механическому типу посредством прижима друг к другу токопроводящих полосок; при этом следует учесть, что могут быть предусмотрены и магнитные пленочные датчики.

В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что подшипник выполнен в виде подшипника качения или подшипника скольжения, причем первая часть подшипника выполнена в виде первого кольца подшипника, а вторая часть подшипника - в виде второго кольца подшипника, В этом случае подшипник осуществляет, прежде всего, вращательное движение, так что позиционный штифт на его конце проводится в плоскости.

Если подшипник содержит кольцо, то в предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что позиционный штифт располагается перпендикулярно торцевой поверхности первого кольца подшипника. Позиционный штифт может при этом перемыкать зазор, который располагается между торцевой поверхностью первого кольца подшипника и базирующим элементом для подшипника, и который при монтаже подшипника устанавливается в базирующем элементе для подшипника. Затем позиционный штифт может располагаться на торцевой поверхности кольца подшипника, без необходимости осуществления значительных конструктивных изменений на первом кольце подшипника; в частности, позиционный штифт и резистивная дорожка могут быть также дополнительным образом встроены.

Другие преимущества и особенности изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения, а также в описании варианта выполнения изобретения.

Изобретение поясняется с помощью фиг.1, на которой схематично представлено поперечное сечение варианта выполнения устройства для подшипника в соответствии с изобретением.

На фиг.1 представлено устройство 1 для установки подшипника, которое содержит базирующий элемент 2 для подшипника и подшипник 3, выполненный в виде подшипника качения. Подшипник 3 имеет две части, а именно выполненную в виде внутреннего кольца первую часть 4 подшипника и выполненную в виде внешнего кольца вторую часть 5 подшипника. Вторая часть 5 подшипника посредством винта жестко установлена на базирующем элементе 2 для подшипника, в то время как первая часть 4 подшипника расположена относительно второй части 5 подшипника и базирующего элемента 2 для подшипника подвижным образом, в частности выполнена с возможностью вращения.

Устройство 1 для установки подшипника содержит также позиционный датчик 6, который посредством аналогового сигнала может регистрировать положение первой части 4 подшипника относительно базирующего элемента 2 для подшипника и относительно второй части 5 подшипника. Позиционный датчик 6 выполнен в виде потенциометра и содержит позиционный штифт 7 и резистивную дорожку 8. Позиционный штифт 7 прочно установлен на первой части 4 подшипника. Резистивная дорожка 8 закреплена на базирующем элементе 2 для подшипника. Резистивная дорожка 8 посредством зазора 9 отделена от торцевой поверхности 10 первой части 4 подшипника. Позиционный штифт 7 перемыкает этот зазор 9 таким образом, что возникает контакт в резистивной дорожке 8, и может быть снят - зависящий от положения позиционного штифта 7 относительно базирующего элемента 2 для подшипника или относительно второй части 5 подшипника - электрический сигнал, к примеру, в виде напряжения. Потенциометр выполнен, в частности, в виде пленочного потенциометра, причем предпочтительным является исполнение как в виде электрического, так и в виде магнитного пленочного потенциометра.

Первая, выполненная в виде внутреннего кольца подшипника 3 качения, часть 4 подшипника принимает концевой участок не изображенного более детально вала, который располагается на базирующем элементе 2 для подшипника.

Позиционный штифт 7 установлен в корпусе первой части 4 подшипника и выступает за пределы торцевой поверхности 10. Следует учесть, что в альтернативном варианте выполнения позиционный штифт 7 может располагаться и на наружной поверхности корпуса первой части 4 подшипника; также может быть предусмотрено, что позиционный штифт 7 располагается на наружной боковой поверхности первой части 4 подшипника.

Изобретение было описано выше на основании варианта выполнения, в котором подшипник 3 был выполнен в виде подшипника качения. Изобретение может быть предназначено также и для других типов подшипников, к примеру, для подшипников скольжения, подшипников оси двуплечего рычага или для линейных направляющих.

В описанном выше варианте выполнения изобретения было предусмотрено, что позиционный штифт 7 расположен на первой части 4 подшипника, а резистивная дорожка 8 - на базирующем элементе 2 для подшипника. Следует учесть, что позиционный штифт 7 может быть расположен и на базирующем элементе 2 для подшипника, а резистивная дорожка 8 - на первой части 4 подшипника.

В описанном выше варианте выполнения изобретения позиционный штифт 7 описывает на резистивной дорожке 8, в основном, круговую траекторию или траекторию кругового сегмента с примерно постоянным расстоянием от оси подшипника 3. Длина кругового сегмента соответствует при этом положению позиционного штифта 7 и, тем самым, первой части 4 подшипника относительно базирующего элемента 2 для подшипника. Следует учесть, что позиционный штифт 7 может иметь и радиально изменяющийся зазор относительно оси вращения. В частности, не является строго обязательным условием наличие постоянного зазора между резистивной дорожкой 8 и осью вращения подшипника 3. Специальным образом может быть предусмотрено, что резистивная дорожка 8 выполнена именно в виде круга или в виде кругового сегмента, и центр круга резистивной дорожки 8 соответственно находится на расстоянии от оси вращения подшипника 3. Если первая часть 4 подшипника перемещается относительно базирующего элемента 2 для подшипника, то позиционный штифт смещается не только в направлении периферии резистивной дорожки 8, но и в радиальном направлении. Таким образом, посредством двух различных измеренных значений может быть определено положение позиционного штифта 7, причем обе измеренные величины могут быть взаимным образом проконтролированы и выверены.

В описанном выше варианте выполнения изобретения резистивная дорожка 8 сформирована, в основном, параллельно торцевой поверхности 10 первой части 4 подшипника и, тем самым, является, в основном, плоской. Резистивная дорожка 8 может быть выполнена и изогнутой в аксиальном направлении, чтобы иметь возможность произвести учет отклонения первой части 4 подшипника относительно второй части 5 подшипника или относительно базирующего элемента 2 для подшипника. При этом следует учесть, что радиальную протяженность резистивной дорожки 8 не требуется приводить в соответствие с радиальной протяженностью торцевой поверхности 10 первой части 4 подшипника. В случае необходимости резистивная дорожка 8 может быть выполнена меньше радиальной длины торцевой поверхности 10 первой части 4 подшипника.