DE102004032695A1 - Lageranordnung für die Nabe eines Kraftfahrzeugrades - Google Patents
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Abstract
Einer Lagereinheit für eine Fahrzeuggradnabe ist eine Rotationssensorvorrichtung und eine elektromagnetische induktive Kupplung zugeordnet. Die Rotationssensorvorrichtung umfasst einen Impulsgeberring (18), der mittels eines drehbaren ringförmigen Trägers (19) mit der drehbaren Laufbahn (13) der Lagereinheit drehfest ist, und einen magnetischen/elektrischen Wandler (20), der an der stationären Laufbahn (12) der Lagereinheit mittels eines stationären ringförmigen Trägers (21) angebracht ist und betriebsmäßig zu dem Impulsgeberring (18) weist. Die elektromagnetische induktive Kupplung umfasst eine stationäre Wicklung (24), die mit einer Stromversorgung (32) elektrisch verbindbar ist und an dem stationären ringförmigen Träger (21) getragen ist, sowie eine drehbare Wicklung (24), die mit einer an dem Rad angebrachten elektrischen oder elektronischen Vorrichtung elektrisch verbindbar (26) ist. Die drehbare Wicklung (25) ist durch den drehbaren ringförmigen Träger (19) getragen und ist mit der stationären Wicklung (24) elektromagnetisch gekoppelt.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für die Nabe eines Kraftfahrzeugrades, die mit einer Rotationssensorvorrichtung und einer elektromagnetischen Kupplung zum Übertragen von Strom und Daten zu und von den drehbar oder stationären Teilen in der Lagereinheit ausgestattet ist.
- Mit Rotationssensorvorrichtungen ausgestattete Lageranordnungen sind in der Technik bekannt. Ein Impulsgeberring oder Tonusrad, gewöhnlich ein magnetisierter Ring (siehe z.B. EP-0 745 857), ist an einem drehbaren Element drehfest angebracht, so dass er unter der Kontrolle z.B. einer Antriebswelle oder Radnabe gehalten wird. Es ist bekannt, als magnetisierten Ring einen magnetisch polarisierten Plastoferitring zu verwenden, um eine Aufeinanderfolge über den Umfang abwechselnd und/oder mit Abstand angeordneter Nord/Südpole zu bilden. Der Impulsgeberring weist betriebsmäßig zu einem zugeordneten magnetischen/elektrischen Wandler, der an einem stationären Element angebracht ist. Wenn sich das drehbare Element dreht, verändert sich der durch den Wandler gekoppelte Magnetfluss, wenn die magnetisierten Zonen vor dem Wandler durchlaufen, der elektrische Impulse liefert, welche Rotationsdaten anzeigen (Winkelstellung, Geschwindigkeit, Beschleunigung etc.). Die von dem Wandler gelieferten elektrischen Signale werden zu einer elektronischen Verarbeitungseinheit übertragen, die an Bord des Fahrzeugs angebracht ist, und werden verarbeitet, um Informationen über die Bewegung des drehbaren Elements zu erhalten.
- Das US-Patent Nr. 3,852,717 offenbart eine Vorrichtung zum automatischen Erfassen des Druckverlusts und des abnormalen Temperaturanstiegs innerhalb eines Luftreifens eines Fahrzeugs. Druck- und Temperaturschalter sind in Serie mit einer elektromagnetischen Kupplung verbunden, die eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist. Die Primärwicklung ist an einem stationären Lagerelement angebracht, das die Drehachse trägt. Die Sekundärwicklung ist an einer Achse zur gemeinsamen Drehung damit konzentrisch befestigt und ist in Serie mit den Schaltern elektrisch verbunden.
- Die WO 00/23779 offenbart eine Lageranordnung mit einem integralen Umwandler. Eine erste Wicklung ist an einer stationären Laufbahn des Lagers angebracht, und die zweite Wicklung ist an einer drehbaren Laufbahn angebracht. Die ersten und zweiten Wicklungen sind einander benachbart, so dass der durch die stationäre Wicklung erzeugte Magnetfluss zu der zweiten Wicklung koppelt. Als Ergebnis der gegenseitigen elektromagnetischen Kupplung zwischen der ersten und zweiten Wicklung ist es möglich, elektrische Signale zu einer an einem drehenden Teil des Rads angebrachten Schaltung zu übertragen.
- Im Hinblick auf den vorstehenden Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lageranordnung anzugeben, die eine kompakte Konstruktion hat, zuverlässig ist und die Übertragung von Energie und Daten zu und von dem Rad und dem Chassis eines Kraftfahrzeugs gestattet.
- Die obigen und andere Ziele werden erfindungsgemäß durch eine Lageranordnung erreicht, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
- Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Lageranordnung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
-
1 ist eine teilweise axiale Querschnittsansicht einer Lageranordnung einer ersten Ausführung der Erfindung, und -
2 ist eine schematische Perspektivansicht einer alternativen Anordnung von Wicklungen, Sensoren und eines Impulsgeberrings, die in eine Lageranordnung erfindungsgemäß integriert sind. - Mit
10 ist ein Rohrabschnitt einer drehbaren Nabe für ein Kraftfahrzeugrad bezeichnet, der mit einem Gleichlaufgelenk11 drehfest ist. Die Nabe10 ist mit einer Lagereinheit ausgestattet, die eine radial äußere stationäre Laufbahn12 , die an einer Aufhängungsstrebe (nicht gezeigt) befestigt ist, eine radial innere drehbare Laufbahn13 sowie Wälzkörper14 aufweist, in diesem Beispiel Lagerkugeln, die zwischen der stationären und der drehbaren Lagerlaufbahn angeordnet sind. Die Innenlaufbahn13 ist auf die Nabe10 durch Kaltverformen des axialen Endes des rohrförmigen Nabenabschnitts10 axial fest, um einen radial auswärts vorstehenden Rand15 zu bilden, der sich an einer radialen Oberfläche oder Seite 16 der drehbaren Laufbahn13 abstützt, um die Lagereinheit axial vorzuspannen und etwaiges axiales Spiel zwischen den Lagerkomponenten zu beseitigen. Das Gleichlaufgelenk hat eine radiale Oberfläche17 , die sich gegen den Endrand15 der Nabe abstützt (siehe untere Hälfte in1 ). Hier beziehen sich die Begriffe „radial" und „axial" auf die Drehachse x des Lagers. - Die Lageranordnung ist mit einer Rotationssensorvorrichtung ausgestattet. Ein Impulsgeberring
18 , bevorzugt ein magnetisierter Ring bekannter Konstruktion, ist an der drehbaren Laufbahn13 mittels eines ringförmigen Trägers19 angebracht, der aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt ist. Der Impulsgeberring18 ist so angebracht, dass er axial zu einem magnetischen/elektrischen Wandler oder Sensor20 weist, bevorzugt einem Hall-Sensor, der an einem ringförmigen Sensorträger21 angeordnet ist, welcher aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt ist und an der stationären Außenlaufbahn12 gesichert ist. - Da Geschwindigkeitssensorvorrichtungen per se bekannt sind, folgt hier keine weitere Beschreibung. Es genügt hier zu sagen, dass dann, wenn sich das Rad und die drehbare(n) Laufbahn(en) drehen, sich der Impulsgeberring
18 an dem elektromagnetischen Wandler20 vorbeibewegt. Der durch die sich bewegenden Pole erzeugte Magnetfluss wird durch den Wandler20 gekoppelt und bewirkt, dass dieser Wandler ein Ausgangssignal in der Form elektrischer Impulse erzeugt, die die Drehbewegung des Rads anzeigen. Die von dem Wandler abgegebenen elektrischen Impulse werden durch einen Datenübertragungsdraht22 auf eine bordeigene Verarbeitungseinheit übertragen, um Informationen über die Rotationsdaten des Rades zu erhalten. Ein Versorgungskabel23 wird verwendet, um Energie von der Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) zu dem Sensor (Wandler)20 übertragen. - Die Lageranordnung enthält eine induktive Kupplung, die Drehtransformer darstellt, um eine Anzahl von Funktionen durchzuführen, wie sie im Folgenden spezifiziert werden. Die induktive Kupplung umfasst eine erste Wicklung
24 , die an dem stationären Sensorträger21 gesichert ist, und eine zweite Wicklung25 , die an dem gleichen ringförmigen Träger19 angebracht ist, der den Impulsgeberring18 trägt, so dass sie mit der drehbaren Innenlaufbahn13 des Lagers drehfest ist. - Ein Versorgungskabel
32 liefert elektrischen Strom von der Fahrzeugbatterie zu der ersten stationären Wicklung24 . Die zweite drehbare Wicklung25 ist in Serie durch ein Kabel26 z.B. mit an dem Rad angebrachten Schaltern (nicht gezeigt) oder Sensoren oder anderen elektrischen/elektronischen Vorrichtungen verbunden, die eine Stromversorgung benötigen, um wichtige Betriebsparameter entweder im direkten Bezug auf die Reifen (wie etwa Temperatur oder Luftdruck) oder im Hinblick auf andere Größen zu erfassen, wie etwa z.B. Lastsensorvorrichtungen. - Die erste Wicklung
24 und die zweite Wicklung25 sind ebenfalls so nahe wie möglich aneinander angeordnet, so dass der durch eine Wicklung erzeugte Magnetfluss zu der anderen Wicklung magnetisch koppelt. Als Folge der gegenseitigen elektromagnetischen Kupplung der zwei Wicklungen ist es möglich, elektrische Signale von der ersten Wicklung24 zu der zweiten Wicklung25 und umgekehrt zu übertragen. Die gegenseitige Kupplung der ersten Wicklung24 und der zweiten Wicklung25 ist in der Fachwelt bekannt, in Abhängigkeit von der Oberfläche, die von den zwei Wicklungen aufgenommen wird, und der Anzahl der Windungen in jeder Wicklung. Durch korrekte Auswahl der Dimensionen und der Anzahl der Windungen ist es möglich, eine starke elektromagnetische Kupplung in einem breiten Frequenzbereich zu erhalten. In der in1 gezeigten Ausführung sind die zwei Wicklungen24 ,25 so angeordnet, dass sie in Bezug auf die Drehachse x des Lagers einander koaxial gegenüberliegen. - Bevorzugt ist jede Wicklung
24 ,25 in einer entsprechenden Umfangsnut21a ,19a aufgenommen, die in jedem der ringförmigen Träger21 ,19 ausgebildet ist, und eine dünne Ferritfolie27 ,28 ist zwischen jeder Wicklung und dem entsprechenden Träger angeordnet, um die Wicklungen magnetisch abzuschirmen und hierdurch eine elektromagnetische Störung von der Außenseite her zu vermeiden. - Die Wicklungen
24 ,25 sind in enger Nachbarschaft in einer allgemein mit29 bezeichneten Dichtungsvorrichtung bekannter Art angeordnet, um den Spalt zwischen der Außenlaufbahn12 und der Innenlaufbahn13 der Lagereinheit abzudichten. Es versteht sich, dass die Wicklungen24 ,25 und die Geschwindigkeitssensorvorrichtung innerhalb der axialen Abmessung der Lagereinheit enthalten sind, wodurch die Lageranordnung eine kompakte Konstruktion bekommt. Ferner ist durch Anordnen der Wicklungen innerhalb der ringförmigen Träger19 und21 eine Labyrinthdichtung vorgesehen, die verhindert, dass Schmutz und andere Verunreinigungen, wie etwa Fett- und Metallpartikel, die von den benachbarten Bremsen kommen, zu den Wicklungen gelangen und sich darauf ablagern. - Das Kabel
26 , das die drehbare Wicklung25 mit den an dem Rad angebrachten Schaltern (oder Sensoren oder anderen elektrischen/elektronischen Vorrichtungen) verbindet, läuft durch eine radiale Passage30 , die an der Grenze zwischen dem Gleichlaufgelenk11 und den radial auswärts verformten Rand15 der Nabe ausgebildet ist. Die radiale Passage30 kann man günstig dadurch erhalten, dass man den Nabenrandabschnitt50 spanend bearbeitet. Von hier verläuft das Kabel26 entlang einem axialen Schlitz31 , der an der zylindrischen Grenze zwischen dem rohrförmigen Nabenabschnitt10 und dem Gleichlaufgelenk11 ausgebildet ist, und erreicht die Schalter, um diese mit elektrischem Strom zu versorgen und die von den Schaltern abgegebenen Datensignale zurück zu der drehbaren Wicklung25 zu übertragen. Diese elektrischen Signale werden durch die induktive Kupplung von der zweiten drehbaren Wicklung25 zurück zu der ersten stationären Wicklung24 übertragen, und werden von hier zu der bordeigenen Verarbeitungseinheit durch das gleiche Kabel32 geliefert, der der ersten Wicklung24 Strom zuführt. Angemerkt werden sollte, dass, wie es in der Fachwelt bekannt ist, die Übertragung der erfassten Druck- und Temperatursignale alternativ durch einen separaten Leiter erfolgen kann. - In der alternativen Ausführung von
2 , die für eine sehr kompakte Konstruktion sorgt, sind die stationären und drehbaren Wicklungen axial gegenüberliegend angeordnet (anstatt radial), wodurch die elektromagnetische Kupplung axial erfolgt. Jede Wicklung wird in einer jeweiligen gedruckten Schaltplatine34 ,35 angeordnet oder dort eingraviert, die entweder starr oder flexibel sein kann, bevorzugt mit dünnen Ferritfolien (in2 nicht gezeigt, jedoch ähnlich den Folien27 und28 in1 ), die zwischen jeder Wicklung und ihrer gedruckten Schaltplatine angeordnet ist, um eine elektromagnetische Störung von und zu der Außenseite zu vermeiden. Die rotierende gedruckte Schaltplatine35 und der Impulsgeberring18 sind auf dem gleichen ringförmigen Träger aus nicht-ferromagnetischem Material (19 , in2 nicht gezeigt) angebracht. Die magnetischen/elektrischen Wandler oder Hall-Sensoren20 (im Beispiel von2 sind zwei Hall-Sensoren vorgesehen) sind direkt auf der stationären gedruckten Schaltplatine34 angebracht, so dass sie den Nord- und Südpolen des Impulsgeberrings18 radial gegenüberliegt. - Einer Lagereinheit für eine Fahrzeugradnabe ist eine Rotationssensorvorrichtung und eine elektromagnetische induktive Kupplung zugeordnet. Die Rotationssensorvorrichtung umfasst einen Impulsgeberring (
18 ), der mittels eines drehbaren ringförmigen Trägers (19 ) mit der drehbaren Laufbahn (13 ) der Lagereinheit drehfest ist, und einen magnetischen/elektrischen Wandler (20 ), der an der stationären Laufbahn (12 ) der Lagereinheit mittels eines stationären ringförmigen Trägers (21 ) angebracht ist und betriebsmäßig zu dem Impulsgeberring (18 ) weist. Die elektromagnetische induktive Kupplung umfasst eine stationäre Wicklung (24 ), die mit einer Stromversorgung (32 ) elektrisch verbindbar ist und an dem stationären ringförmigen Träger (21 ) getragen ist, sowie eine drehbare Wicklung (24 ), die mit einer an dem Rad angebrachten elektrischen oder elektronischen Vorrichtung elektrisch verbindbar (26 ) ist. Die drehbare Wicklung (25 ) ist durch den drehbaren ringförmigen Träger (19 ) getragen und ist mit der stationären Wicklung (24 ) elektromagnetisch gekoppelt.
Claims (14)
- Lageranordnung für die Nabe eines Kraftfahrzeugrads, umfassend: – eine Lagereinheit mit zumindest einer drehbaren Laufbahn (
13 ), einer stationären Laufbahn (12 ) und radial zwischen den Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern (14 ); – eine Rotationssensorvorrichtung mit einem Impulsgeberring (18 ), der mittels eines drehbaren ringförmigen Trägers (19 ) zur Drehung mit der drehbaren Laufbahn (13 ) gesichert ist, und einem magnetischen/elektrischen Wandler (20 ), der an der stationären Laufbahn (12 ) mittels eines stationären ringförmigen Trägers (21 ) angebracht ist und betriebsmäßig zu dem Impulsgeberring (18 ) weist; und – eine elektromagnetische induktive Kupplung mit einer stationären Wicklung (24 ), die mit einem Stromversorgungsmittel (32 ) elektrisch verbindbar ist und durch den stationären ringförmigen Träger (21 ) getragen ist, und einer drehbaren Wicklung (25 ), die mit zumindest einer an dem Rad angebrachten elektrischen oder elektronischen Vorrichtung elektrisch verbindbar (26 ) ist, wobei die drehbare Wicklung (25 ) durch den drehbaren ringförmigen Träger (19 ) getragen ist und mit der stationären Wicklung (24 ) elektromagnetisch gekoppelt ist. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Wicklungen (
24 ,25 ) an einer Seite der Lagereinheit benachbart angebracht sind. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Wicklungen (
24 ,25 ) zueinander koaxial angebracht sind. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Wicklung (
25 ) mit der am Rad angebrachten elektrischen oder elektronischen Vorrichtung durch ein elektrisches Leitermittel (26 ) elektrisch verbindbar ist. - Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung an einem axialen Rohrabschnitt (
10 ) einer Radnabe angebracht, deren einer Endabschnitt (15 ) sich an einer radialen Schulter (17 ) eines Gleichlaufgelenks (11 ) abstützt, worin das elektrische Leitermittel (26 ) durch eine radiale Passage (30 ) hindurch geht, die an der Grenze zwischen dem Gleichlaufgelenk (11 ) und dem Endabschnitt (15 ) der Nabe ausgebildet ist. - Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (
15 ) der Nabe (10 ) ein radial auswärts vorstehender Rand ist, der gegen eine radiale Oberfläche (16 ) der drehbaren Laufbahn (13 ) kalt verformt ist, um die Lagereinheit auf der Nabe axial zu sperren, worin die radiale Passage (30 ) durch Spanen des Nabenrandabschnitts (15 ) erhalten ist. - Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Leitermittel (
26 ) ferner durch einen axialen Schlitz (31 ) hindurch tritt, der an der zylindrischen Grenze zwischen dem rohrförmigen Nabenabschnitt (10 ) und dem Gleichlaufgelenk (11 ) ausgebildet ist. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Wicklungen (
24 ,25 ) durch die jeweiligen Träger (21 ,19 ) so getragen sind, dass sie einander axial gegenüberliegen. - Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Wicklungen (
24 ,25 ) in einer jeweiligen stationären und drehbaren gedruckten Schaltungsplatine (34 ,35 ) angebracht sind, die an dem stationären bzw. drehbaren Träger (21 ,19 ) getragen ist. - Lageranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solcher Wandler (
20 ) auf der stationären gedruckten Schaltplatine (34 ) angebracht ist. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wicklung (
24 ,25 ) in einer jeweiligen Umfangsnut (21a ,19a ) aufgenommen ist, die in jedem der ringförmigen Träger (21 ,19 ) ausgebildet ist. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie aus elektromagnetischem Abschirmmaterial (
27 ,28 ) mit jeder Wicklung (24 ,25 ) gekoppelt ist, um eine elektromagnetische Störung von und zu der Außenseite zu vermeiden. - Lageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Abschirmmaterial (
27 ,28 ) Ferrit ist. - Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (
19 ,21 ) aus nicht-ferromagnetischem Material hergestellt sind.
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