DE102004032695B4

DE102004032695B4 - Lageranordnung für die Nabe eines Kraftfahrzeugrades

Info

Publication number: DE102004032695B4
Application number: DE102004032695.9A
Authority: DE
Inventors: Bruno Giai; Alexander Molenaar; Simona Pilone; Simon Van Ballegooij
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: US7164265B2; KR101260071B1; ITTO20030528A1; CN1576851A; CN100434920C; KR20050007140A; DE102004032695A1; US20050017586A1

Abstract

Lageranordnung für eine Radnabe eines Kraftfahrzeugrades, 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 Kraftfahrzeugrad angebrachten elektrischen oder elektronischen Vorrichtung durch ein elektrisches Leitermittel (26) elektrisch verbindbar ist, wobei die drehbare Wicklung (25) durch den drehbaren ringförmigen Träger (19) getragen ist und mit der stationären Wicklung (24) elektromagnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung an einem axialen Rohrabschnitt (10) der Radnabe des Kraftfahrzeugrads angebracht ist, 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 einen Endabschnitt (15) der Radnabe ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mit Rotationssensorvorrichtungen ausgestattete Lageranordnungen sind in der Technik bekannt. Ein Impulsgeberring oder Tonusrad, gewöhnlich ein magnetisierter Ring (siehe z. B. EP-0 745 857 A1 ), 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 Plastoferritring 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 A 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 A1 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.
Die Druckschrift DE 103 005 10 A1 offenbart eine Lageranordnung für die Nabe eines Kraftfahrzeugrads mit einer elektromagnetisch induktiven Kupplung, umfassend eine drehbare auf einem Rotor angeordnete Wicklung und eine stationäre auf einem Stator angeordnete Wicklung. Vermittels der elektromagnetisch induktiven Kupplung können bidirektional Signale zwischen der stationären und der drehbaren Wicklung übertragen werden.
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 gemäß Anspruch 1 erreicht.
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 Gleichlaufgelenk 11 drehfest ist. Die Nabe 10 ist mit einer Lagereinheit ausgestattet, die eine radial äußere stationäre Laufbahn 12, die an einer Aufhängungsstrebe (nicht gezeigt) befestigt ist, eine radial innere drehbare Laufbahn 13 sowie Wälzkörper 14 aufweist, in diesem Beispiel Lagerkugeln, die zwischen der stationären und der drehbaren Lagerlaufbahn angeordnet sind. Die Innenlaufbahn 13 ist auf die Nabe 10 durch Kaltverformen des axialen Endes des rohrförmigen Nabenabschnitts 10 axial fest, um einen radial auswärts vorstehenden Rand 15 zu bilden, der sich an einer radialen Oberfläche oder Seite 16 der drehbaren Laufbahn 13 abstützt, um die Lagereinheit axial vorzuspannen und etwaiges axiales Spiel zwischen den Lagerkomponenten zu beseitigen. Das Gleichlaufgelenk hat eine radiale Oberfläche 17, die sich gegen den Endrand 15 der Nabe abstützt (siehe untere Hälfte in 1). 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 Laufbahn 13 mittels eines ringförmigen Trägers 19 angebracht, der aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt ist. Der Impulsgeberring 18 ist so angebracht, dass er axial zu einem magnetischen/elektrischen Wandler oder Sensor 20 weist, bevorzugt einem Hall-Sensor, der an einem ringförmigen Sensorträger 21 angeordnet ist, welcher aus einem nicht-ferromagnetischen Material hergestellt ist und an der stationären Außenlaufbahn 12 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 Wandler 20 vorbeibewegt. Der durch die sich bewegenden Pole erzeugte Magnetfluss wird durch den Wandler 20 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 Datenübertragungsdraht 22 auf eine bordeigene Verarbeitungseinheit übertragen, um Informationen über die Rotationsdaten des Rades zu erhalten. Ein Versorgungskabel 23 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 Sensorträger 21 gesichert ist, und eine zweite Wicklung 25, die an dem gleichen ringförmigen Träger 19 angebracht ist, der den Impulsgeberring 18 trägt, so dass sie mit der drehbaren Innenlaufbahn 13 des Lagers drehfest ist.
Ein Versorgungskabel 32 liefert elektrischen Strom von der Fahrzeugbatterie zu der ersten stationären Wicklung 24. Die zweite drehbare Wicklung 25 ist in Serie durch ein Kabel 26 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 Wicklung 25 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 Wicklung 24 zu der zweiten Wicklung 25 und umgekehrt zu übertragen. Die gegenseitige Kupplung der ersten Wicklung 24 und der zweiten Wicklung 25 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 in 1 gezeigten Ausführung sind die zwei Wicklungen 24, 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 Umfangsnut 21a, 19a aufgenommen, die in jedem der ringförmigen Träger 21, 19 ausgebildet ist, und eine dünne Ferriffolie 27, 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 mit 29 bezeichneten Dichtungsvorrichtung bekannter Art angeordnet, um den Spalt zwischen der Außenlaufbahn 12 und der Innenlaufbahn 13 der Lagereinheit abzudichten. Es versteht sich, dass die Wicklungen 24, 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 Träger 19 und 21 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 Wicklung 25 mit den an dem Rad angebrachten Schaltern (oder Sensoren oder anderen elektrischen/elektronischen Vorrichtungen) verbindet, läuft durch eine radiale Passage 30, die an der Grenze zwischen dem Gleichlaufgelenk 11 und den radial auswärts verformten Rand 15 der Nabe ausgebildet ist. Die radiale Passage 30 kann man günstig dadurch erhalten, dass man den Nabenrandabschnitt 50 spanend bearbeitet. Von hier verläuft das Kabel 26 entlang einem axialen Schlitz 31, der an der zylindrischen Grenze zwischen dem rohrförmigen Nabenabschnitt 10 und dem Gleichlaufgelenk 11 ausgebildet ist, und erreicht die Schalter, um diese mit elektrischem Strom zu versorgen und die von den Schaltern abgegebenen Datensignale zurück zu der drehbaren Wicklung 25 zu übertragen. Diese elektrischen Signale werden durch die induktive Kupplung von der zweiten drehbaren Wicklung 25 zurück zu der ersten stationären Wicklung 24 übertragen, und werden von hier zu der bordeigenen Verarbeitungseinheit durch das gleiche Kabel 32 geliefert, der der ersten Wicklung 24 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 Schaltplatine 34, 35 angeordnet oder dort eingraviert, die entweder starr oder flexibel sein kann, bevorzugt mit dünnen Ferritfolien (in 2 nicht gezeigt, jedoch ähnlich den Folien 27 und 28 in 1), die zwischen jeder Wicklung und ihrer gedruckten Schaltplatine angeordnet ist, um eine elektromagnetische Störung von und zu der Außenseite zu vermeiden. Die rotierende gedruckte Schaltplatine 35 und der Impulsgeberring 18 sind auf dem gleichen ringförmigen Träger aus nicht-ferromagnetischem Material (19, in 2 nicht gezeigt) angebracht. Die magnetischen/elektrischen Wandler oder Hall-Sensoren 20 (im Beispiel von 2 sind zwei Hall-Sensoren vorgesehen) sind direkt auf der stationären gedruckten Schaltplatine 34 angebracht, so dass sie den Nord- und Südpolen des Impulsgeberrings 18 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

Lageranordnung für eine Radnabe eines Kraftfahrzeugrades, 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 Kraftfahrzeugrad angebrachten elektrischen oder elektronischen Vorrichtung durch ein elektrisches Leitermittel (26) elektrisch verbindbar ist, wobei die drehbare Wicklung (25) durch den drehbaren ringförmigen Träger (19) getragen ist und mit der stationären Wicklung (24) elektromagnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung an einem axialen Rohrabschnitt (10) der Radnabe des Kraftfahrzeugrads angebracht ist, 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 einen Endabschnitt (15) der Radnabe ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre und die drehbare Wicklung (24, 25) an einer Seite der Lagereinheit benachbart angebracht sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre und die drehbare Wicklung (24, 25) zueinander koaxial angebracht sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (15) der Radnabe (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 Radnabe axial zu sperren, worin die radiale Passage (30) durch Spanen des einen Endabschnitts (15) erhalten ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Leitermittel (26) ferner durch einen axialen Schlitz (31) hindurch tritt, der an der zylindrischen Grenze zwischen dem axialen Rohrabschnitt (10) der Radnabe und dem Gleichlaufgelenk (11) ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre und und die drehbare Wicklung (24, 25) durch die jeweiligen Träger (21, 19) so getragen sind, dass sie einander axial gegenüberliegen.
Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stationäre und die drehbare Wicklung (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 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein magnetischer/elektrischer Wandler (20) auf der stationären gedruckten Schaltungsplatine (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 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Abschirmmaterial (27, 28) Ferrit ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (19, 21) aus nicht-ferromagnetischem Material hergestellt sind.