CN108139240A - 具有用于提供多种工作电压的内置电气线路的轴承装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承装置(01)，包括轴承，结构空间，支承件(02)，轴承用于支承机器零件，结构空间用于容纳至少一个电子模块(05)支承件在结构空间中延伸且具有电气线路(04)，电气线路包括沿支承件纵向延伸的导体线路。至少一个电子模块(05)与导体线路(08)中的一个或多个接触。电气线路(04)包括至少一个连续的电导体线路和至少一个中断的电导体线路(08)，中断的电导体线路具有至少一个中断部(12)，其中，中断的导体线路(08)在中断部(12)之前和之后均与连续的导体线路平行地延伸。至少一个电子模块(05)通过第一接触点(15)与中断的导体线路(08)在中断部(12)之前连接，且通过第二接触点(16)与中断的导体线路(08)在中断部(12)之后连接。电子模块(05)通过第一接触点(15)接收输入信号，将输入信号转换为输出信号，并且在第二接触点(16)输出输出信号。

Description

具有用于提供多种工作电压的内置电气线路的轴承装置

技术领域

本发明涉及一种轴承装置，包括轴承、结构空间以及支承件，该轴承用于支承机器零件，该结构空间在轴承装置内部用于容纳一个或多个电子模块，支承件在该结构空间中延伸且具有用于电子模块的供电和连接的导体线路。优选地，该结构空间位于轴承内，但也能够将结构空间设置在轴承外侧上。

背景技术

轴承例如能够是滚动轴承，该滚动轴承具有两个能相互旋转的部件(即内圈和外圈)以及多个滚动体。例如，在这种轴承中测量负载。测量数据采集***以电子模块的形式被集成。例如，电子模块能够包括传感器，数据处理单元和用于输出数据的接口。同样地，供电单元能够被集成在电子模块中。

专利文件WO 2013/05068 A1，WO 2007/104894 A1，EP 2 682 758 A1中示出了用于在轴承列中测量角度的电子模块的装置。在WO 2007/104894 A1中进一步描述了电子板被固定在法兰上。

在WO 2010/070392 A1中描述了一种滚动轴承以及具有电子模块的滚动轴承的生产过程，该滚动轴承具有电子模块到轴承的旋转部分的能调节的距离。

在JP 2004/251316 A中阐述了，通过杆件与外圈的压力连接以及附加的激光焊接或电子束焊接将电子部件固定在轴承的外圈上。

WO 2010/143022公开了一种具有用于测量旋转参数的电子模块的滚动轴承装置。WO2012/080780中示出了相似的技术。

从EP 1 933 155 A1已知一种滚动轴承，具有用于确定旋转参数的装置并且具有配备电子模块的柔性能折叠的非旋转的电路板。下面描述电路板或印刷电路板的不同实施方式。在第一实施方式中，电路板呈盘形。第二实施方式由沿轴承的回转方向布置的柔性电路板构成。在这种情况下，在电路板上设置弯曲部段和直线部段。电子模块以固定间隔被固定在直线部段上。电路板被焊接在轴承中的支承件上或例如通过接线夹固持就位。

在申请人的较早的、申请号为10201520129.7的德国专利申请中描述了一种布置在轴承的圆柱形结构空间中的电子模块装置。该装置由支承件、导线和一个或多个电子模块组成，电子模块与导线电连接。此外，该申请还公开，该装置能够匹配相应的圆柱形空间，由此不必开发和安装为相应直径特别限定的匹配的电子部件。该较早申请的内容明确地结合在本申请的公开内容中，特别是关于具有导线的支承件的特殊构造以及固定电子模块的可能途径。

在这种轴承装置中，通常由于成本原因只使用通过相同***电源电压工作的电子模块。如果在轴承装置中使用与电源电压不同的电子模块，那么每个功能模块必须先由供能模块提供相应的电压，其中，每个电压都需要一个在支承件上的独立的电导体线路，由此需要在支承件上留出大量空间。这同样适用于经由支承件上的导体线路的信号传输，特别是在用于转换信号的接口模块用作电子模块的情况下。由于在轴承上或轴承内的结构空间有限，使得无法在支承件上容纳任意数量的导体线路，因此当需要多个电源电压或在各个电子模块之间传输信号时，不再能实现特定的线路布置。

发明内容

因此，本发明所要解决的问题是提供一种具有电气线路的轴承装置，该电气线路能够匹配不同尺寸的结构空间或者说支承件，同时允许向电子模块提供不同的电压或信号，而无需支承件上的用于附加的导体线路的更多的空间。

根据本发明，该技术问题通过根据所附权利要求1的轴承装置来解决。

根据本发明的轴承装置包括用于支承机器零件的轴承以及位于轴承装置内的用于容纳至少一个，优选多个电子模块的结构空间。此外，轴承装置包括在结构空间中定位的支承件，电气线路沿该结构空间的纵向延伸。在电气线路上具有至少一个连续的电导体线路和至少一个中断的电导体线路，中断的导体线路具有至少一个中断部，其中，中断的导体线路在中断部之前和之后均与连续的导体线路平行地延伸。在支承件上固定至少一个电子模块，该电子模块与一个或多个导体线路接触。

轴承优选是滚动轴承。优选地，支承件和电气线路匹配相应的圆柱形结构空间的直径。这说明，支承件是中空圆柱形结构，并且电气线路被制成柔性电气线路且至少部分地沿着支承件的周向呈环形地布置。电气线路优选由多层构成，该层由薄膜组成以实现柔性。

优选地，能够简单地匹配不同的结构空间直径。为此，仅需要使支承件匹配相应的结构空间。相比之下，高价的且开发成本高的电子模块在其几何形状，接触和功能方面保持不变，由此电子模块能够用于多种产品变型。因此能够根据本发明提供用于各种目的的模块化***。由此，匹配于通常现有的结构空间的支承件保持不同的直径，支承件能够在必要时与类似的、借助电导体连接的电子模块相接合。

使用柔性电气线路的优点在于，容易将其缩短，因此能够匹配对应的支承件以及支承件的由轴承限制的曲率。

电子模块通过电气线路电连接，优选也机械连接。电子模块优选是供能模块，功能模块，保护电路模块和/或接口转换器模块。电子模块在至少一侧上具有至少一个电接触点，电接触点优选地由导电材料制成。根据有利的实施方式，电子模块及其接触点被设计为长方体。

电子模块的电接触点与电气线路的电接触点通过由导电材料制成的连接件电连接。连接件优选地通过金属合金(银-锡焊料)，在有机基质中复合材料(传导黏合剂)或者单一金属(键合引线)实现。

根据有利的实施例，电气线路具有相互堆叠的多个导电层，电导体线路以及不导电的层。通过薄膜方便地实现这些层。它们优选具有<500μm的厚度，其中，必要时能够是其它层厚。

已经证明有利的是，电子模块通过电气线路上的黏合层固定。电气线路上的黏合层优选通过合适的粘合材料实现。

根据本发明，柔性电气线路具有至少两个电导体线路，即连续的电导体线路和具有至少一个中断的被中断的电导体线路。

电子模块位于导体线路的中断的位置上并机械地覆盖中断位置。电子模块将在其输入侧的第一电接触点的施加的输入信号转换为与其不同的输出信号并且在其输出侧第二接触点处提供该输出信号。第一接触点与中断的导体线路在中断部之前电连接，而第二接触点与中断的导体线路在中断部之后连接。由于电导体线路的中断和通过电子模块的信号转换，导体线路部段在中断部之前和之后具有彼此不同的或分离的信号。

在特别优选的实施方式中，输入电压对应于输入信号并且输出电压对应于输出信号。用于信号转换的电子模块能够是例如供能模块或接口转换器模块。

在优选的实施方式中，电子模块因此是供能模块，该供能模块将在其输入侧的第一电接触点施加的输入电位转换为与其不同的输出电位并且在其输出侧的第二接触点处提供该输出电位。

在另外的优选的实施方式中，电子模块是接口转换模块，该接口转换模块将在其输入端的第一电接触点施加的输入信号转换为与其不同的输出信号并且在其输出端的第二接触点处提供该输出信号。

如果在线路上具有多个中断部并且被功能模块覆盖，则能够在柔性电气线路上传输多个不同的电压电位，而不需要用于具有不同电压的导体线路的额外的结构空间。因此，原则上，在支承件上仅需要一个必要时中断多次的导体线路，其单独的部段传导不同的电源电压，这是下游的功能模块所需的。这样不仅节省材料，还主要节省支承件上的或结构空间中的空间。能够看出，这种支承件上的空间的多重利用即使在中断的导体线路上也能够实现，这些导体线路不传导电源电压而是传导信号。

在电气线路上通常将功能模块布置在供能模块之后，即，功能模块位于供能模块的输出侧并由供能模块相应地提供工作电压。当然，只要这些上游的模块不需要仅由功供能模块产生的工作电压，就能够以已知的方式将功能模块定位在供能模块之前。

为了保持定位和在支承件上布置的模块之间的相应的间距，优选地，支承件上具有还构成机械式接口的容纳件。容纳件或者说容纳部与支承件固定连接。

如果供能模块和功能模块中的输入侧的电气接口呈相同的形状，那么能够通过使用容纳部自由选择模块在支承件上的位置。由此产生了许多不同装配变体的优点。另外的优点在于，模块在支承件上的机械连接能够在距电气接口一定距离处实现，并且因此将损坏部件的风险最小化。

电子模块优选地沿支承件的回转方向依次在柔性电气线路上分组，这说明电子模块沿径向与旋转轴线对齐，由此同时形成星形结构。

线路的导体线路优选配置***输入电压，***输入电压根据功能模块的需要进行截取。一种有利的实施方式使用由塑料制成的支承件。

附图说明

下面将结合附图进一步阐述本发明的优选的实施方式。附图为：

图1是根据本发明的轴承装置的一部分的立体图；

图2是具有接触的电子模块的电气线路的细节图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的轴承装置01的一部分的立体图。已知轴承装置01包括用于支承机器零件(未示出)的轴承，其中，在轴承中还设置用于容纳中空圆柱形的支承件02的结构空间。支承件02优选在其尺寸上(特别在内径和外径方面)匹配轴承内的圆柱形结构空间。在最简单的情况下，支承件02完全填充圆柱形结构空间。支承件02优选由塑料制成并且能够例如被制成一体的注塑件。在支承件02的内壁03上布置优选被设计为柔性的电气线路04。柔性电气线路04至少在支承件02的部分区域上沿周向延伸，优选在支承件的整个圆周上沿周向延伸。

在支承件02中还优选地容纳长方体的电子模块05，其中，图1中为了清楚起见仅示出了一个电子模块05。具有更多电子模块05的设计方案当然是可能的。电子模块前后排列地并以固定的间隔地布置在支承件中。如果必须充分利用支承件中的可用空间，则能够将电子模块相互邻接在其位于支承件半径的内边缘上。电子模块例如是供能模块，功能模块(例如传感器模块)，保护电路模块和/或接口转换器模块。为了固持电子模块05，支承件02具有相应形状的容纳部07。

单个的电子模块05通过电气线路04相互电连接，其中也产生机械连接，但不必承担支承作用。

图2详细示出了电气线路04和电子模块05及其接触的图示。在所示的实施方式中，柔性的电气线路04由多个相互堆叠的层组成，其中，导电层构成电导体线路08并且不导电的层能够包括保护层09和黏合层10等。单独的层优选具有<500μm的层厚。在图2中，仅实现一个导电层。然而，具有多个电气层的设计方案也是可能的。

根据本发明的轴承装置包括至少两个作为电气线路的组成部分的电导体线路，即连续的电导体线路和具有至少一个中断部12的中断的电导体线路。在图2所示的截面图中，中断的电导体线路08被设计有其中断部12。在实际的实施方式中，将通常使用多个连续的电导体线路以及至少一个，必要时多个中断的电导体线路。

电气线路04借助其黏合层10与电子模块05机械连接。电气线路04具有预定数量的电接触点13。电气线路04上的接触点13的位置能够沿支承件02的周向在生产过程中改变。因此，能够选择电子模块05之间的、沿支承件02的周向的距离。通过这样的方式，能根据电子模块的功能，任意地将电子模块05定位在预定位置上。

电气线路04的接触点13通过电连接件14与电子模块05的输入侧电接触点15和输出侧电接触点16连接。电连接件14能够例如被设计为金属合金，有机基体中的复合材料或单一金属。本领域技术人员将容易认识到，能够匹配接触的类型。例如，能够使用自锯齿状的、微结构化的表面。

电子模块05的多个电接触点15，16位于模块的至少一侧上。电子模块05的电接触点15，16优选为长方体。在变形的实施方式中，接触点也能够被布置在电子模块的背面。如果例如通过键合，超声波焊接等相应地配备接触面，则能够在这种情况下通过放置在导体上来是实现接触。

在中断的电导体线路导体08的中断部12处安置作为功能模块的电子模块05。该电子模块具有至少两个电接触点15和16，如上所述，电接触点15和16通过电连接件14与中断的电导体线路08的接触点13连接。在这种情况下，供能模块的输入侧的第一接触点15在中断部12之前与电导体线路08的接触点13接触。并且在中断部12之后，供能模块的输出侧的第二接触点16与电导体线路08的另外的接触点13接触。

电导体线路08的接触点能够位于通过中断部12中断的接触板(Kontaktpad)上。输入侧和输出侧的定义由***输入的位置来描述。通过供能模块05，施加到输入侧的输入电位被转换成与此不同的输出电位并在中断之后的输出侧的接触点输出该输出电位。因此，中断前的导体线路部段和中断后的导体线路部段具有不同的电位。在这个意义上，供能模块桥接中断部12。

虽然供能模块在上述实施方式中被用作电子模块，应再次提醒，另外的模块也能够使用设置在导体线路上的中断部，以接收在输入侧第一电接触点施加的输入信号并且在输出侧接触点提供与此不同的输出信号。

如果在柔性电气线路04上实现多个中断并且通过供能模块05桥接，则能够在电气线路上产生多个不同的电压电势。因此，不需要用于不同电压的附加的导体线路。因此，对于不同的功能模块所需的多个不同的电源电压原则上只需要一个中断的供电线。这样不仅节省材料，还主要节省电气线路上的空间。

在变形的实施方式中，不同类型的电子模块(例如接口转换器模块或保护电路模块)可能具有相同的结构。还能够在恒定电压下进行电隔绝。在变形的实施方式中，电导体线路08的中断部12因此能够是例如作为过压保护电路的保护电路。在这种情况下，在中断部12之前和之后施加相同的电位，其中，在中断之后的电位通过***的电子模块保护。

为了确定在支承件上布置的电子模块05之间的位置和相应的距离，在间隙中具有容纳部07并构成机械式接口。容纳部07与支承件02固定连接。因为供能模块和功能模块中的输入侧的电气接口呈相同的形状，因此能够通过使用容纳部07自由选择电子模块05在支承件02上的位置。由此产生了许多不同装配变体的优点。

通过电气线路04的根据本发明的设计，不需要通过电子模块的小信号，由此避免小信号由瞬态电流产生的干扰。单个电子模块05的故障也能够通过本发明的设计得到更好的补偿。

在变形的应用中，如果电气线路04应与外部部件接触，那么电气线路04能够产生与接触点或者说连接端子的连接。连接线路与电气线路04的接触对于所有不同的装配变体是相同的。该原因在于，电导体线路08的和另外导体线路的与此连接的空隙的中断部12，这是因为所有电压能够通过单个电导体线路08和相应的电子模块05实现。因此，能够使用预制电缆解决方案。

附图标记列表

01 轴承装置

02 支承件

03 支承件的内壁

04 柔性电气线路

05 电子模块

06 -

07 容纳部

08 中断的电导体线路

09 保护层

10 黏合层

11 -

12 电导体线路的中断部

13 电气线路的电接触点

14 电连接件

15 电子模块的输入侧电接触点

16 电子模块的输出侧电接触点

Claims (10)

1.一种轴承装置(01)，包括：

-轴承，所述轴承用于支承机器零件；

-结构空间，所述结构空间用于容纳至少一个电子模块(05)；

-支承件(02)，所述支承件在所述结构空间中延伸且具有电气线路(04)，所述电气线路包括多个沿所述支承件纵向延伸的电导体线路；

其中，所述至少一个电子模块(05)与所述导体线路(08)中的一个或多个接触；

其特征在于，所述电气线路(04)包括至少一个连续的电导体线路和至少一个中断的电导体线路(08)，所述中断的电导体线路具有至少一个中断部(12)，其中，所述中断的导体线路(08)在所述中断部(12)之前和之后均与所述连续的导体线路平行地延伸；并且，至少一个电子模块(05)通过第一接触点(15)与所述中断的导体线路(08)在所述中断部(12)之前连接，且通过第二接触点(16)与所述中断的导体线路(08)在所述中断部(12)之后连接；其中，所述电子模块(05)通过所述第一接触点(15)接收输入信号，将所述输入信号转换为输出信号，并且在所述第二接触点(16)输出所述输出信号。

2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述电气线路(04)包括多个连续的电导体线路和多个中断的导体线路(08)。

3.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述电子模块(05)被设计为供能模块，功能模块，保护电路模块和/或接口转换器模块。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述电子模块(05)通过容纳部(07)被紧固在所述支承件(02)上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述电子模块的所有电接触点(15，16)被布置在所述电子模块的一侧上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述电气线路(04)是柔性的线路并且能够匹配所述支承件(02)的曲率。

7.根据权利要求6所述的轴承装置，其特征在于，所述柔性的电气线路(04)匹配所述电子模块(05)的数量。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的轴承装置，其特征在于，连接线路直接接触在所述柔性的电气线路(04)上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述中断的导体线路(08)在所述中断部(12)之前的部段上的电源电压通过所述电子模块(05)转换为不同的电源电压，所述不同的电源电压由所述电子模块供给至所述中断的导体线路(08)的在所述中断部(12)之后的部段上。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的轴承装置，其特征在于，所述中断的导体线路(08)在所述中断部(12)之前的部段上的第一信号通过所述电子模块(05)转换为第二信号，所述第二信号由所述电子模块供给至所述中断的导体线路(08)的在所述中断部(12)之后的部段上。