DE102008008727A1

DE102008008727A1 - Lager mit Positionsgeber

Info

Publication number: DE102008008727A1
Application number: DE200810008727
Authority: DE
Inventors: Martin Kram
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2009-08-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager (1), insbesondere Wälz- oder Gleitlager, umfassend ein erstes Lagerteil, insbesondere einen ersten Lagerring (2), ein relativ zu dem ersten Lagerteil (2) bewegliches zweites Lagerteil, insbesondere einen zweiten Lagerring (3), und einen Positionsgeber (4), der ein der relativen Stellung der beiden Lagerteile (2, 3) entsprechendes analoges Signal liefert. Die Aufgabe, ein Lager mit einem Positionsgeber anzugeben, der eine sichere Erfassung der relativen Stellung der beiden Lagerteile, insbesondere der Lagerringe eines rotativen Lagers, zueinander ermöglicht, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Positionsgeber (4) ein Potentiometer umfasst, das eine Widerstandsbahn (5) und einen Positionsfinger (6) aufweist, wobei die Widerstandsbahn (5) mit dem ersten Lagerteil (2) drehfest verbunden und der Positionsfinger (6) mit dem zweiten Lagerteil (3) drehfest verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Lager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der Praxis ist bekannt, die Stellung der beiden Lagerringe bzw. Lagerteile eines Lagers relativ zueinander zu erfassen. Beispielsweise kann bei einem rotativen Lager mit zwei Lagerringen einem der beiden Lagerringe eine umlaufende magnetische Codierung zugeordnet sein, und dem anderen der beiden Lagerringe ein magnetischer Sensor, der die Änderung des Magnetfeldes der magnetischen Codierung bei der relativen Bewegung der beiden Lagerringe zueinander erfaßt und ein digitales Ausgangssignal liefert. Aus diesem digitalen Ausgangssignal läßt sich nur mit großem Aufwand die relative Stellung der beiden Lagerringe zueinander berechnen; auch treten aufgrund der Digitalisierung des Signals Ungenauigkeiten bei der Ortsauflösung auf.
JP 2004308724 AA (Abstract) beschreibt ein rotatives Wälzlager mit einem Rotationssensor, wobei zusätzlich zu den beiden als Lagerringe ausgebildeten Lagerteilen an einem Wälzkörperkäfig eine magnetische Codierung vorgesehen ist, die in Umfangsrichtung ihre Magnetisierung ändert. Der magnetischen Codierung gegenüber angeordnet ist ein magnetischer Sensor, der ein der absoluten Stellung der beiden Lagerringe analoges Ausgangssignal liefert. Ein derartiger Positionsgeber ist aufwendig ausgestaltet, erfordert eine elektronische Nachbearbeitung des Signals und bietet nur eine geringe räumliche Auflösung. Außerdem lassen sich bestehende Lager, insbesondere Wälzlager, nicht ohne weiteres nachrüsten.
DE 203 16 544 U1 beschreibt ein rotatives Wälzlager mit einer Überwachungsvorrichtung mit einem Sensor, der die Relativbewegung der beiden als Lagerringe des Wälzlagers ausgebildeten Lagerteile erfasst. Der nicht näher beschriebene Sensor ist als berührungslos arbeitender Wegmeßsensor ausgebildet.
DE 10 2005 007 776 A1 beschreibt ein rotatives Lager mit zwei Lagerringe ausgebildeten Lagerteilen, wobei an einen der beiden Lagerringe ein nicht näher beschriebenen Meßwertaufnehmer zur Ermittlung der Stellung des Lagerrings gegenüber der Lageraufnahme angeordnet ist. Der Meßwertaufnehmer ist in das Korpus des Lagerrings aufgenommen und in dessen Umfangsrichtung gerichtet.
JP 2006029517 AA (Abstract) beschreibt ein rotatives Wälzlager mit zwei als Lagerringe ausgebildeten Lagerteilen und einem Rotationssensor, der die relative Drehung der beiden Lagerringe zueinander erfaßt. Der Rotationssensor ermittelt einen Wirbelstrom an der Fläche eines der beiden Lagerringe, der durch eine den anderen der beiden Lagerringe umgebende, exzentrisch zu der Drehachse ausgebildete magnetische Struktur hervorgerufen wird, sobald sich die beiden Lagerringe zueinander drehen. Eine absolute Positionsmessung mit einem analogen Ausgangssignal ist auf diese Weise nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Lager mit einem Positionsgeber anzugeben, der eine sichere Erfassung der relativen Stellung der beiden Lagerteile, insbesondere der Lagerringe eines rotativen Lagers, zueinander ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Sofern im folgenden die Erfindung anhand von Lagerringen als Bestandteile eines rotativen Lagers erläutert wird, versteht es sich, daß die Erfindung ebenfalls Lagerteile eines Linearlagers betrifft, und die Beschreibung sinngemäß auf Linearlager zu übertragen ist.
Der Positionsgeber weist dabei ein Potentiometer auf, dessen Bestandteile, Positionsfinger und Widerstandsbahn, mit den beiden Lagerringen drehfest verbunden sind, so dass eine Änderung der relativen Stellung der beiden Lagerringe zueinander eine Änderung der elektrischen Eigenschaften des Potentiometers bewirkt. Wird das Potentiometer als Spannungsteiler angesehen, entspricht jeder Stellung der Lagerringe zueinander, speziell auch jedem Drehwinkel, den die Lagerringe miteinander bilden, ein bestimmter Spannungswert. Weitere den Betrieb des Lagers charakterisierende Kenngrößen wie Drehzahl, Beschleunigung, Drehrichtung (bei Rotativlagern) oder zurückgelegter Weg bzw. Richtung (bei Linearlagern) lassen sich leicht ableiten, sofern die Stellung der Lagerringe zu verschiedenen Zeitpunkten erfaßt wird.
Ein bestimmter Abschnitt des Potentiometers, beispielsweise einer von des sen Endpunkten, läßt sich derart auszeichnen, daß auf dem ersten Lagerring eine Stelle ausgewiesen ist, die eine absolute Positionsbestimmung erlaubt, insbesondere, wenn der erste Lagerring bezüglich einer das Lager insgesamt aufnehmenden Lageraufnahme feststehend angeordnet ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Potentiometer als Folienpotentiometer ausgebildet ist. Folienpotentiometer sind kleinbauend und weisen eine Dicke von typischerweise weniger als ca. 0,5 mm auf, so daß diese auch auf gekrümmten Flächen wie auf der inneren Mantelfläche eines äußeren Lagerrings eines Lagers befestigt werden können. Folienpotentiometer sind im Betrieb sehr robust und zuverlässig, auch lassen sich bereits bestehende Wälz- oder Gleitlager mit Folienpotentiometern leicht nachrüsten. Der Kontakt zwischen den beabstandeten Leiterbahnen des Folienpotentiometers kann auf mechanische Art durch Aneinanderdrücken der Leiterbahnen geschlossen werden; es versteht sich aber, daß auch magnetische Foliensensoren vorgesehen sein können.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Lager 1, das als rotatives Lager, speziell als Wälz- oder Gleitlager, ausgebildet ist, und einen ersten Lagerring 2 umfasst, der als Außenring des Lagers 1 ausgebildet ist, und einen zweiten Lagerring 3, der als Innenring des Lagers 1 ausgebildet ist. Das Lager 1 umfasst weiter einen Positionsgeber 4, der ein der relativen Stellung der beiden Lagerringe 2, 3 entsprechendes analoges Signal liefert.
Der Positionsgeber 4 weist ein Potentiometer auf, das eine Widerstandsbahn 5 und einen Positionsfinger 6 aufweist. Die Widerstandsbahn 5 ist an dem ersten Lagerring 2 und der Positionsfinger 6 an dem zweiten Lagerring 3 drehfest angeordnet. Der Positionsfinger 6 drückt abschnittsweise auf die Widerstandsbahn 5, so daß dort, wo der Positionsfinger 6 in Kontakt mit der Widerstandsbahn 5 gerät, ein elektrisch leitender Kontakt zwischen ansonsten radial beabstandeten Leiterbahnen in der mehrlagig ausgebildeten Widerstandsbahn 5 geschlossen wird.
Die Widerstandsbahn 5 ist zwischen einem ersten Endpunkt 7 und einem zweiten Endpunkt 8 elektrisch beaufschlagt, so daß in Abhängigkeit davon, wo der elektrisch leitende Kontakt an der Widerstandsbahn 5 geschlossen wird, ein Spannungsabfall induziert wird.
Der Spannungsabfall ist beispielsweise an dem ersten Endpunkt 7 der Widerstandsbahn 5 minimal oder maximal, so daß der erste Endpunkt 7 ausgezeichnet ist und eine absolute Positionserfassung beispielsweise des Positionsfingers 6 relativ zu dem ersten Endpunkt 7 möglich ist und der Drehwinkel des Lagers 1 ermittelt werden kann. Zwischen den beiden Endpunkten 7, 8 ändert sich der Widerstand stetig, beispielsweise linear oder logarithmisch, so daß jeder Punkt der Widerstandsbahn 5 und damit des ersten Lagerrings 2 eindeutig identifizierbar ist.
Die Widerstandsbahn 5 und der Positionsfinger 6 sind Bestandteile eine Folienpotentiometers, das in dem zwischen den Lagerringen 2, 3 befindlichen Raum angeordnet ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Widerstandsbahn 5 an der inneren Mantelfläche des ersten Lagerrings 2 angeordnet und erstreckte sich im wesentlichen entlang des Umfangs der Mantelfläche. Es versteht sich, daß sich die Widerstandsbahn auch in axialer Richtung erstrecken kann, so daß eine axiale Bewegung der beiden Lagerringe 2, 3 erfaßbar ist. Es versteht sich weiter, daß die Widerstandsbahn 5 flächig ausgebildet sein kann und sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung eine Erstreckung aufweisen kann, wobei jeder von der Fläche der Widerstandsbahn überdeckte Punkt der Mantelfläche des ersten Lagerrings 2 identifizierbar ist, sei es, durch einen einzigen Widerstands- bzw. Spannungswert, sei es durch zwei oder mehr Widerstands- oder Spannungswerte, insbesondere, wenn zu einer elektrischen Beaufschlagung der Widerstandsbahn in Umfangsrichtung eine elektrische Beaufschlagung in axialer Richtung hinzutritt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Widerstandsbahn 5 bzw. der Positionsfinger 6 unmittelbar an dem jeweiligen Korpus des Lagerrings 2, 3 angeordnet. Es versteht sich, daß die Widerstandsbahn 5 bzw. der Positionsfinger 6 nur indirekt aber drehfest an das Korpus des Lagerrings 2, 3 befestigt sein braucht, beispielsweise kann vorgesehen sein, daß der Positionsfinger 6 an einem mit dem zweiten Lagerring 3 drehfesten Dichtungselement angebracht ist, und daß die Widerstandsbahn 5 an einer Stirnfläche des ersten Lagerrings 2 angeordnet ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wiesen die beiden Endpunkte 7, 8 der Widerstandsbahn 5 einen Abstand in Umfangsrichtung auf. Es versteht sich, daß die beiden Endpunkte 7, 8 in axialer Richtung versetzt angeordnet sein können, um derart einen Winkel von mehr als 360° sicher erfassen zu können.
Anstelle des vorstehend beschriebenen mechanisch betätigbaren elektrischen Folienpotentiometers kann auch ein magnetischer Foliensensor, speziell ein magnetisch betätigbares Folienpotentiometer, vorgesehen sein. Weiter kann auch ein Folienpotentiometer vorgesehen sein, das keinen unmittelbaren Kontakt zwischen der Widerstandsbahn 5 und dem Positionsfinger 6 erfordert, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den radial beabstandeten Leiterbahnen der Widerstandsbahn 5 zu schließen.
Die vorstehend beispielhaft für ein rotatives Lager mit zwei als Lagerringe 2, 3 ausgebildeten Lagerteilen beschriebene Erfindung betrifft ebenfalls lineare Lager, beispielsweise lineare Gleit- oder Wälzlager.
Bei einem Linearlager, das in einer Linearführung einen Führungswagen gleitend oder mittels Wälzkörpern führt, kann vorgesehen sein, daß die Widerstandsbahn des Folienpotentiometers an der Linearführung und der Positionsfinger an dem Führungswagen angeordnet ist. Die Linearführung ist dabei das erste Lagerteil und der Führungswagen das zweite Lagerteil des Linearlagers.

1: Lager
2: erster Lagerring
3: zweiter Lagerring
4: Positionsgeber
5: Widerstandsbahn
6: Positionsfinger
7: erster Endpunkt
8: zweiter Endpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004308724 AA [0003]
- DE 20316544 U1 [0004]
- DE 102005007776 A1 [0005]
- JP 2006029517 AA [0006]

Claims

Lager (1), insbesondere Wälz- oder Gleitlager, umfassend ein erstes Lagerteil, insbesondere einem ersten Lagerring (2), ein relativ zu dem ersten Lagerteil (2) bewegliches zweites Lagerteil, insbesondere einen zweiten Lagerring (3), und einen Positionsgeber (4), der ein der relativen Stellung der beiden Lagerteile (2, 3) entsprechendes analoges Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (4) ein Potentiometer umfasst, das eine Widerstandsbahn (5) und einen Positionsfinger (6) aufweist, wobei die Widerstandsbahn (5) mit dem ersten Lagerteil (2) drehfest verbunden und der Positionsfinger (6) mit dem zweiten Lagerteil (3) drehfest verbunden ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentiometer als Folienpotentiometer ausgebildet ist.
Verwendung eines Folienpotentiometers in einem Lager (1), insbesondere in einem linearen oder rotativen Wälzlager, als Positionsgeber (4) mit einem analogen Ausgangssignal.