DE102008009283A1

DE102008009283A1 - Radlagervorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008009283A1
Application number: DE200810009283
Authority: DE
Inventors: Jens Heim; Ralf Dr. Hund; Christian Mock; Tilman Ulrich
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2028-02-16
Also published as: US20090208159A1; US20120294560A1; US8690441B2; US8511902B2; US20120294561A1; DE102008009283B4

Abstract

Im schlechtesten Fall kann ein plötzliches Versagen eines Radlagers zu Radabläufern, also zu einem Radverlust, führen. In diesem Fall sind größere Folgeschäden oder sogar lebensbedrohliche Situationen zu befürchten. Es wird eine Radlagervorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen mit einer Innenringanordnung 2, welche zur drehfesten Aufnahme eines ersten Drehpartners, insbesondere eines Achsstummels 4 oder einer Welle, ausgebildet ist, mit einer Außenringanordnung 5, welche mit einem zweiten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, mit einer Vielzahl von Wälzkörpern 7, welche zwischen der Innenringanordnung 2 und der Außenringanordnung 5 abwälzen, so dass Innenringanordnung 2 und Außenringanordnung 5 und/oder die Drehpartner gegeneinander verdrehbar sind, und mit einer elektrischen Sensoreinrichtung 9, welche unter Nutzung eines mechanischen Kontakts zur Erfassung eines Betriebszustands der Radlagervorrichtung 1 angeordnet und/oder ausgebildet ist, wobei die Sensoreinrichtung 9 ein stationäres Sensorteil (10) und ein rotierendes Sensorteil 12 umfasst, welche zur Bildung des mechanischen Kontakts zusammenwirken können, und wobei eines der Sensorteile 12 mit der Innenringanordnung 2 ohne Zwischenschaltung des ersten Drehpartners 4 verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Innenringanordnung, welche zur drehfesten Aufnahme eines ersten Drehpartners, insbesondere eines Achsstummels oder einer Weile, ausgebildet ist, mit einer Außenringanordnung, welche mit einem zweiten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, mit einer Vielzahl von Wälzkörpern, welche zwischen der Innenringanordnung und der Außenringanordnung abwälzen, so dass Innenringanordnung und Außenringanordnung und/oder die Drehpartner gegeneinander verdrehbar sind, und mit einer elektrischen Sensoreinrichtung, welche unter Nutzung eines mechanischen Kontakts zur Erfassung eines Betriebszustandes der Radlagervorrichtung angeordnet und/oder ausgebildet ist, wobei die Sensoreinrichtung ein stationäres Sensorteil und ein rotierendes Sensorteil umfasst, welche zur Bildung des mechanischen Kontakts zusammenwirken können.
Radlagervorrichtungen sind in einer Vielzahl von Bauformen bekannt und dienen zur drehbaren Lagerung eines Rades an einem Fahrzeug. Die Radlagervorrichtung weist üblicherweise mindestens ein Wälzlager als Radlager auf, welches die Drehung des Rades ermöglicht. Diese Wälzlager haben eine auf den Anwendungszweck angepasste Lebensdauererwartung. Bei einer üblichen Abnutzung kommt es am Ende der Lebensdauererwartung zu verstärkten Laufgeräuschen, welche von dem Fahrer wahrgenommen werden, so dass dieser das Wälzlager rechtzeitig fachgerecht austauschen lassen kann. Obwohl diese Wälzlager mit einer sehr hohen Qualitätsanforderung gefertigt und eingebaut werden, ist aber nicht restlos auszuschließen, dass diese auch überraschend versagen. Im schlechtesten Fall kann ein plötzliches Versagen des Wälzlagers sogar zu Radabläufern, also zu einem Radverlust, führen. In diesem Fall sind größere Folgeschäden oder sogar lebensbedrohliche Situationen zu befürchten.
In Hinblick auf ein anderes technisches Gebiet, nämlich zum Beispiel zur Überwachung der Lagerung des Propellers einer Wasserpumpe, schlägt die Druckschrift US 5,244,287 vor, auf eine über ein Wälzlager gelagerte und den Propeller tragende Welle einen radial auskragenden Ring drehfest aufzusetzen, welcher in ein stationär angeordnetes Gabelelement im Normalfall berührungsfrei eingreift. Bei einem drohenden Versagen des Wälzlagers wird die Welle unruhig, so dass der Ring zunächst an den Innenflächen des Gabelelements anliegt und – bei steigender Unruhe – das Gabelelement mechanisch beschädigt. Diese mechanische Beschädigung wird durch eine durch das Gabelelement verlaufende elektrische Leitung als Leitungsunterbrechung detektiert. Durch Auswertung der Leitungsunterbrechung wird auf das drohende Versagen des Wälzlagers geschlossen.
Eine andere Lösung ist in der Druckschrift US 4,063,786 beschrieben, welche eine Fehlerdetektionsvorrichtung für ein Hauptwälzlager eines Generators in einem Flugzeug betrifft. Bei dieser Fehlerdetektionsvorrichtung ist auf einer rotierenden Welle eine Scheibe aufgesetzt, welche bei Oszillationen der Welle in radialer Richtung eine in einer Außenringanordnung stationär angeordnete Tastnadel abschleift. Sobald die Tastnadel aufgrund des Materialverlustes einen elektrischen Kontakt mit der Außenringanordnung herstellt, wird ein Signal ausgelöst, dass vor einem Versagen des Hauptwälzlagers warnt.
Die Druckschrift US 6,445,009 B1 betrifft auch eine Lagerüberwachung für einen Generator, wobei die mit dem Wälzlager gelagerte Welle mit einem Propeller verbunden ist. Die Lagerüberwachung basiert auf einem Ring, welcher koaxial zu der Welle angeordnet und radial innenseitig mit einer dünnen Leiterschicht versehen ist. Der Ring ist so dimensioniert bzw. angeordnet, dass die Leiterschicht bei unzulässigen, radialen Oszillationen der Welle durchgescheuert wird. Sobald die Leiterschicht getrennt ist, wird ein Signal generiert, welches vor dem Versagen des Wälzlagers gewarnt.
Die Druckschrift US 5,865,543 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, betrifft eine Detektionsvorrichtung zur Detektion des Versagens eines Wälzlagers für ein Fahrzeug, wobei das Lager als ein Radlager ausgebildet ist. In dieser Druckschrift wird offenbart, einen taktilen Sensor an einem Achsstummel oder einer Zusatzplatte stationär anzuordnen und mit dem taktilen Sensor einen Abstand zu einer Bremstrommel beziehungsweise Bremsscheibe zu überwachen. Bei einer Verringerung des überwachten Abstands unter einen Grenzwert und/oder bei Kontakt zwischen dem taktilen Sensor und der Bremstrommel beziehungsweise der Bremsscheibe wird ein Signal ausgelöst, welches auf ein mögliches Versagen des Radlagers hinweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Radlagervorrichtung mit einer Radlagerüberwachungseinheit vorzuschlagen, welche kostengünstig und fehlerunanfällig ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Radlagervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Die erfindungsgemäße Radlagervorrichtung, insbesondere ausgebildet als Nabeneinheit, für ein Kraftfahrzeug ist zur Lagerung eines angetriebenen oder eines mitlaufenden Rades geeignet und/oder ausgebildet. Sie weist eine Innenringanordnung auf, welche zur drehfesten Aufnahme eines ersten Drehpartners, insbesondere eines Achsstummels oder einer Welle, ausgebildet ist. Beispielsweise wird der erste Drehpartner in der Innenringanordnung verpresst oder anders festgelegt. Die Innenringanordnung kann optional einen ersten und einen zweiten Innenring umfassen, welche durch ein Kopplungselement miteinander verbunden sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Innenringanordnung als mindestens ein Innenring ausgebildet ist, welcher außenseitig eine auf dem Innenring angeordnete Laufbahn und innenseitig einen unmittelbaren Kontakt zu dem ersten Drehpartner bildet. Alternativ hierzu kann auf einem Innenringtragkörper der Innenringanordnung ein oder mehrere Innenring(e) aufgesetzt sein.
Eine Außenringanordnung ist mit einem zweiten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar. Bevorzugt weist die Außenringanordnung einen insbesondere einstückig ausgebildeten Außenringtragkörper auf, in dem Lagerringe eingelegten sind.
Zwischen der Innenringanordnung und Außenringanordnung sind eine Mehrzahl von Wälzkörpern, bevorzugt einreihig, zwei- oder mehrreihig, angeordnet, welche insbesondere als Kegelrollen ausgebildet sind. Die Wälzkörper erlauben eine Relativverdrehung zwischen Innenringanordnung und Außenringanordnung beziehungsweise zwischen den beiden Drehpartnern.
Zur Überwachung des Betriebszustands der Radlagervorrichtung weist diese eine elektrische Sensoreinrichtung auf, welche den Betriebszustand unter Nutzung eines mechanischen Kontakts erfasst. Bevorzugt umfassen die möglichen Betriebszustände einen Normalzustand der intakten Radlagervorrichtung und/oder einen Notfallzustand der beschädigten oder versagensgefährdeten Radlagervorrichtung. Die Sensoreinrichtung weist ein stationäres Sensorteil, welches fahrzeugstationär angeordnet ist, und ein rotierendes Sensorteil auf, welches gemeinsam mit dem Rad rotiert, wobei die beiden Sensorteile zur Bildung des mechanischen Kontakts zusammenwirken können.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eines der Sensorteile mit der Innenringanordnung, und zwar ohne Zwischenschaltung des ersten Drehpartners im eingebauten und/oder unverbauten Zustand der Radlagervorrichtung verbunden ist.
Eine Überlegung der Erfindung ist es, eine mögliche Schädigung der Radlagervorrichtung möglichst nahe an der zu detektierenden Schadensquelle festzustellen, die in dem Kontaktbereich Außenringanordnung – Wälzkörper – Innenringanordnung positioniert ist. Durch die Anordnung eines der Sensorteile auf oder an die Innenringanordnung wird somit die Aussagekraft der Erfassung durch die Sensoreinrichtung erhöht. Zudem ist es optional möglich, das Sensorteil bereits bei der Fertigung der Radlagervorrichtung an oder in der Innenringanordnung zu integrieren, so dass im Vergleich zum bekannten Stand der Technik, der Montageaufwand bei der Endmontage der Radlagervorrichtung verringert ist.
Insgesamt offenbart die Erfindung eine Radlagervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung, welche einen kurz bevorstehenden Ausfall des Radlagers, insbesondere des Wälzlagers, mit hoher Aussagekraft detektieren kann. Wie nachfolgend noch genauer dargelegt wird, kann die Sensoreinrichtung auf eine axiale und/oder radiale Verlagerung und/oder Verkippung der Innenringanordnung zu der Außenringanordnung reagieren. Optional ergänzend kann die Sensoreinrichtung auch auf eine ungewöhnliche Temperaturänderung im Bereich der Radlagervorrichtung ansprechen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das andere Sensorteil mit der Außenringanordnung verbunden. Diese Weiterbildung unterstreicht nochmals die Idee, eine vereinfachte Montage und zugleich eine höhere Erfassungssicherheit der Sensoreinrichtung umzusetzen.
In einer optionalen Weiterführung des Gedankens wird vorgeschlagen, dass die Radlagervorrichtung mit den beiden bereits integrierten Sensorteilen als eine einbaufertige Baueinheit ausgebildet ist. Diese Weiterführung schließt Montagefehler bei der Montage der Sensoreinrichtung nach dem Einbau der Radlagervorrichtung in das Fahrzeug vollständig aus. Zudem kann die Sensoreinrichtung bereits bei der Fertigung der Radlagervorrichtung eingestellt beziehungsweise kalibriert werden.
Bei einer möglichen konstruktiven Umsetzung der Erfindung weist eines der Sensorteile eine die Drehachse der Radlagervorrichtung umlaufende Funktionsoberfläche auf, die von dem anderen Sensorteil abgefahren wird. Bei einer intakten Radlagerung oder im Normalzustand ist das andere Sensorteil von der Funktionsoberfläche mit einem Sicherheitsabstand beabstandet. Bei Verschleißerscheinungen des Radlagers bzw. im Notfallzustand und/oder – wie später noch erläutert wird – bei einer Temperaturerhöhung im Bereich der Radlagervorrichtung wird der Sicherheitsabstand verringert und das andere Sensorteil fährt die Funktionsoberfläche mechanisch kontaktierend ab. Diese Verringerung des Sicherheitsabstands kann insbesondere durch eine Verkippung oder Versetzung der Innenringanordnung relativ zu der Außenringanordnung entstehen.
Vorzugsweise liegt die Funktionsoberfläche in einer Radialebene zu der Drehachse, in einer zu der Drehachse konzentrisch angeordneten Zylindermantelfläche oder in einer Konusmantelfläche. Anders ausgedrückt erstreckt sich die Funktionsoberfläche mit einem Winkel von 90°, 0° beziehungsweise einem Zwischenwinkel von z. B. 45° zu der Drehachse der Radlagervorrichtung.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Funktionsoberfläche eine umlaufende, elektrische Leiteranordnung angeordnet. Diese Leiteranordnung kann als eine Bedruckung, eine Leiterbahn und/oder ein Leiterdraht ausgebildet sein. Die Leiteranordnung ist bevorzugt in Umlaufrichtung schlangenlinienförmig, mäandernd, in einem Zickzack und/oder in einem anderen Verlauf angeordnet, so dass die Leiterlänge der Leiteranordnung größer als die Umlauflänge im Bereich der Leiteranordnung ausgebildet ist.
Bei einer weniger bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet die Sensoreinrichtung nach einem Schließerprinzip, wobei bei einem mechanischen Kontakt der Sensorteile ein Stromkreis geschlossen wird und ein Signal als Hinweis auf einen Verschleiß oder eine Unregelmäßigkeit der Radlagervorrichtung erzeugt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei dem mechanischen Kontakt unmittelbar ein elektrischer Kontakt zwischen den Sensorteilen hergestellt wird oder dass zunächst eine schützende Isolationsschicht abgetragen werden muss, bevor die beiden Sensorteile kurz schließen.
Bei einer anderen, mehr bevorzugten Ausführungsform arbeitet die Sensoreinrichtung nach einem Öffnerprinzip, wobei ein Signal aktiviert wird, sobald eine oder die bereits beschriebene elektrische Leiteranordnung in einem oder dem Sensorteil geöffnet wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird durch das andere Sensorteil die Leiteranordnung in dem einen Sensorteil durch Abtrag geöffnet.
Die Leiteranordnung ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform insbesondere als ein Reißdraht oder eine Reißleiterbahn ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist das eine Sensorteil mit elektrischer Leiteranordnung als ein Sensorring ausgebildet, welcher bei einer bevorzugten Ausführungsform auf der Innenringanordnung aufgesetzt ist. Optional ist der Sensorring als Dichtungsring ausgebildet oder in einem Dichtungsring integriert. Beispielsweise kann der Dichtungsring als ein Schutz- oder Schleuderring vor einer in der Radlagervorrichtung integrierten Kassettendichtung ausgebildet sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das andere Sensorteil als ein oder mehrere Sensorhebel ausgebildet, welche bei der bevorzugten Ausführungsform und optional unter Verwendung von Zwischenelementen auf der Außenringanordnung gelagert angeordnet und/oder befestigt ist. Bei abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung ist es auch möglich, dass der Sensorring auf der Außenringanordnung und der Sensorhebel auf der Innenringanordnung positioniert ist bzw. sind.
Bei einer möglichen Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Sensorteil temperaturempfindlich oder -reagierend ausgebildet ist, so dass bei einer Erhöhung der Temperatur über die normale Betriebstemperatur der Radlagervorrichtung der Sicherheitsabstand zwischen den Sensorteilen verringert wird und/oder dass die beiden Sensorteile mechanisch kontaktieren.
Die Sensoreinrichtung kann damit verlagerungs- als auch temperaturgesteuert sein, wobei eine Auslösung der Sensoreinrichtung wahlweise durch eine Verkippung der Ringanordnungen zueinander und/oder durch eine Temperaturerhöhung erfolgt. Somit überwacht die Sensoreinrichtung sowohl eine mechanische Deplatzierung der Innenringanordnung und der Außenringanordnung zueinander als auch die Temperatur der Radlagervorrichtung. Die Realisierung der Temperaturempfindlichkeit des Sensorteils kann dabei durch Verwendung einer Formgedächtnislegierung (Shape memory alloy, SMA) erfolgen. Hierbei sind eine sehr hohe Festigkeit des oder der Sensorhebel sowie der Einsatz komplexer Geometrien möglich, da die Formgedächtnislegierung umformbar ist. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung einer Bimetallanordnung, wobei Metalle mit unterschiedlichen Temperaturabhängigkeiten miteinander verbunden sind und bei Temperaturänderung mit einem räumlichen Versatz reagieren. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines gas-, wachs- oder metallgefüllten (Quecksilber/Gallinstan) Kolbens in einem Zylinder zur Umsetzung eines Aktor-Prinzips, wobei die Ausdehnung des Füllmaterials zur einer Verschiebung des Sensorhebels beziehungsweise des Sensorrings führt. Für den Fall, dass die Temperaturempfindlichkeit beziehungsweise -abhängigkeit nicht ausreichend ist, um den Sicherheitsabstand in angemessener Weise zu verkleinern, wird ergänzend vorgeschlagen, eine temperaturabhängige Verschiebung über ein Hebelwerk oder dergleichen zu vergrößern, so dass der Sensorhebel und/oder der Sensorring eine ausreichende Verlagerung erfährt. In diesem Fall wird durch die temperaturreagierende Anordnung ein Mitnehmer ausgelöst, welcher als Sensorhebel das andere Sensorteil mechanisch kontaktiert und die Sensoreinrichtung auslöst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eines der Sensorteile, insbesondere das andere Sensorteil und im Speziellen der Sensorhebel als bevorzugt einstückiger und/oder integraler Bestandteil einer ABS-Scheibe oder Encoderscheibe oder einer Dichtung ausgebildet. Diese Komponenten sind in der Radlagervorrichtung ohnehin vorhanden, so dass die Integration der Sensoreinrichtung nur geringfügige Änderungen bereits vorhandener Radlagervorrichtungen notwendig macht.
Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Umsetzung ist die Außenringanordnung in der Einbausituation drehend und die Innenringanordnung fahrzeugstationär ausgebildet. Bei dieser Ausführung ist es bevorzugt, wenn der Sensorring an der Innenringanordnung und der Sensorhebel an der Außenringanordnung über die ABS-Scheibe befestigt ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
1–5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Darstellungen;
6, 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Darstellungen;
8, 9 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Darstellungen;
10–13 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Darstellungen;
14–17 ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in verschiedenen Darstellungen;
18 ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen, geschnittenen 3D-Darstellung.
Die 1a, b, zeigen in einem schematischen Längsschnitt beziehungsweise in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung eine Radlagervorrichtung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche zur drehbaren Lagerung eines nicht dargestellten Rades an einem Fahrzeug, insbesondere einem Lastkraftwagen ausgebildet ist.
Die Radlagervorrichtung 1 umfasst eine Innenringanordnung 2, welche in axialer Richtung aneinander angrenzende Innenringe 3a bzw. 3b aufweist. Die Innenringanordnung 2 bzw. Innenringe 3a, 3b nehmen einen Achsstummel 4 drehfest auf, welcher stationär in dem Fahrzeug beziehungsweise in der Radaufhängung angeordnet ist.
Die Radlagervorrichtung 1 enthält ferner eine Außenringanordnung 5, welche drehfest mit dem nicht dargestellten Rad verbunden beziehungsweise verbindbar ist. Im Betrieb rotiert die Außenringanordnung 5 gemeinsam mit dem Rad. Die Außenringanordnung 5 umfasst zwei separat zueinander angeordnete, eingesetzte Außenringe 6a, 6b.
Zwischen den Außenringen 6a, b und Innenringen 3a, b sind Wälzkörper 7 zweireihig angeordnet, welche in diesem Beispiel als Kegelrollen ausgebildet sind, jedoch auch eine andere Bauform aufweisen können. Zur Abdichtung gegenüber Schmutz zeigt die Radlagervorrichtung 1 beidseitig eine Kassettendichtung 8.
Um ein baldiges Versagen, einen ungewöhnlichen Betriebszustand oder einen Schaden zu detektieren, weist die Radlagervorrichtung 1 eine Sensoreinrichtung 9 auf, welche als ein Schalter ausgebildet ist, wobei durch ein Öffnen oder ein Schließen von zwei Sensorteilen der Sensoreinrichtung 9 ein Stromkreis geöffnet beziehungsweise geschlossen wird.
Die Funktionsweise der Sensoreinrichtung beruht zum einen darauf, dass ein definierter Abstand – nachfolgend auch Sicherheitsabstand genannt – zwischen einem Referenzpunkt an der Außenringanordnung und einem Referenzpunkt an der Innenringanordnung 2 überwacht wird. Genauer gesagt wird überwacht, ob dieser Sicherheitsabstand auf oder unter Null zurückgeht. Eine derartige Verminderung des Sicherheitsabstands kann u. a. durch eine Verkippung oder Verschiebung der Innenringanordnung 2 relativ zu der Außenringanordnung 5 bzw. durch ein Ausschlagen oder ein Abnützen der Radlagervorrichtung 1 begründet sein. Ergänzend oder alternativ hierzu kann die Sensoreinrichtung 9 auch temperatursensitiv ausgebildet sein, so dass der Schalter geöffnet beziehungsweise geschlossen wird, wenn eine bestimmte Betriebstemperatur überschritten ist.
Die 2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Sensoreinrichtung 9, wobei weitere Komponenten der Radlagervorrichtung 1 zeichnerisch unterdrückt sind. Die 3 zeigt die Sensoreinrichtung 9 in einer Detailvergrößerung. Wie sich aus einer Zusammenschau der 1a, 2 und 3 ergibt, wird die Sensoreinrichtung durch zwei Sensorteile, nämlich einem Sensorring 10 und einen an einer Abdeckkappe 11 angeordneten Sensorhebel 12 gebildet.
Der Sensorring 10 weist einen radial nach innen gerichteten Befestigungsabschnitt 13 auf, welcher zwischen der Innenringanordnung 2, insbesondere dem äußeren Innenring 3b und dem Achsstummel 4 eingeklemmt wird oder unmittelbar an der Innenringanordnung festgelegt ist. Dadurch, dass der Befestigungsabschnitt 13 in unmittelbarem Kontakt mit dem Innenring 3b bzw. der Innenringanordnung 2 steht, ist dessen Lage höchstgenau definiert. Radial nach außen weist der Sensorring 10 eine in axialer Richtung geöffnete u-förmige Aufnahme 14 auf, in der zunächst Kunststofflagen 15 und – an der offenen Seite – ein Reißdraht 16 angeordnet ist. Wie sich am besten aus der 4 ergibt, ist der Reißdraht 16 als eine durchgehende Leitung, jedoch in der Darstellung teilverdeckt, ausgebildet, welche sich in einem regelmäßigen Muster in Umlaufrichtung um die Drehachse der Radlagervorrichtung 1 erstreckt. Es ist außerdem besonders vorteilhaft, dass der Sensorring 10 eine Doppelfunktion einnimmt, nämlich neben der Sensorfunktion auch als Dichtungsring zum Schutz der Kassettendichtung 8 ausgebildet ist. Der Sensorhebel 12 ist als ein axial nach innen weisender, freier Vorsprung an der Abdeckkappe 11 ausgebildet, wobei – wie ebenfalls aus der 4 zu entnehmen ist – mehrere Sensorhebel 12 äquidistant in Umlaufrichtung verteilt vorgesehen sind.
Sowohl der Sensorring 10 als auch die Abdeckkappe 11 und damit der Sensorhebel 12 sind durch die unmittelbare Anlage an die Außenringanordnung 5 bzw. Innenringanordnung 2 sehr genau in der Lage definiert, so dass bei einem intakten Zustand der Radlagervorrichtung 1 ein Sicherheitsabstand s zwischen dem Reißdraht 16 und dem freien Ende des Sensorhebels 12 gebildet ist.
Für den Fall, dass Außenringanordnung 5 und Innenringanordnung 2 zueinander verkippen oder sich zueinander verschieben, verringert sich der Sicherheitsabstand s bis es zu einem mechanischen Kontakt zwischen Sensorhebel 12 und Reißdraht 16 kommt. Verringert sich der Sicherheitsabstand s weiter, so trägt der Sensorhebel 12 den Reißdraht 16 zumindest abschnittsweise ab, so dass dessen elektrische Leitfähigkeit unterbrochen wird.
Die Leitfähigkeit des Reißdrahts 16 wird ständig überwacht, so dass zum einen die korrekte Funktionsfähigkeit der Sensoreinrichtung 9 überprüfbar und zum anderen ein Durchtrennen des Reißdrahts 16 durch den Sensorhebel 12 sofort detektierbar ist. Sobald eine derartige Beschädigung detektiert wird, wird ein Hinweissignal an den Fahrer ausgegeben, dass die Radlagervorrichtung 1 schadhaft ist beziehungsweise sich nicht mehr in einem ausreichenden Betriebszustand befindet.
Bei einer nicht gezeigten Weiterbildung der Erfindung kann ergänzend vorgesehen sein, dass der Sensorhebel 12 temperatursensitiv ausgebildet und/oder angeordnet ist, so dass mit zunehmender Temperatur der Sicherheitsabstand s vermindert wird. Die Auslegung des Sensorhebels 12 ist dabei so gewählt, dass bei Erreichen einer Grenztemperatur der Sicherheitsabstand s abgebaut ist und in analoger Weise wie bei einer Verkippung oder Verschiebung der Reißdraht 16 abgetragen und dessen Leitfähigkeit unterbrochen wird. Somit ist bei dieser Weiterbildung die Sensoreinrichtung 9 sowohl empfindlich für Verschiebungen als auch für Temperaturerhöhungen der Radlagervorrichtung 1.
Alternativ zu dieser Weiterbildung kann der Reißdraht 16 auch in seinem Verlauf mindestens einen temperaturabhängigen Abschnitt aufweisen, welcher reagiert, sobald eine Grenztemperatur überschritten ist. Die Reaktion des temperaturabhängigen Abschnitts wird bevorzugt durch ein temperatursensitives Sensorelement erfüllt. Damit nimmt der Reißdraht 16 eine weitere Funktion und zwar als eine Signalleitung für das temperatursensitives Sensorelement ein.
Bei abgewandelten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist es auch möglich, dass der Sensorhebel 12 nicht wie in der 1a gezeigt ausgehend von der freien, axialen Seite in den Sensorring 10 eingreift, sondern geschützt in dem Innenraum der Radiagervorrichtung 1 angeordnet ist und von der Innenseite gegen einen gegensinnig ausgebildeten Sensorring 10 in Anlage kommt (vgl. auch 18).
Die 5 zeigt eine schematische, dreidimensionale Darstellung des Ausschnitts in der 3, wobei zu erkennen ist, wie der Sensorhebel 12, welcher einstückig an der Abdeckkappe 11 angeordnet ist, in die Aufnahme 14 des Sensorrings 10 eingreift, um den Reißdraht 16 zu durchtrennen.
Die 6 und 7 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Teile wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnen. In Abgrenzung zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 5 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel der 6 und 7 zwar der Sensorring 10 ähnlich oder identisch ausgeführt, die Sensorhebel 12 sind jedoch nicht integraler Bestandteil einer Abdeckkappe 11, sondern sind an einer ABS-Scheibe bzw. Encoder-Scheibe 17 einstückig angeformt. Bei dieser Ausführungsform nimmt demgemäß die Halterung für den Sensorhebel 12 ebenfalls eine weitere Funktion ein, nämlich als Encoder-Scheibe 17.
Wie sich insbesondere aus der 6 ergibt, ist die ABS-Scheibe 17 unmittelbar auf einem Tragkörper der Außenringanordnung 5 aufgesetzt, so dass – ebenso wie in den vorhergehenden Figuren – eine hohe Positioniergenauigkeit des Sensorhebels 12 erreicht wird.
Die 8 und 9 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform des zweiten Ausführungsbeispiels in den 6 und 7, wobei im Gegensatz zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Sensorring 10 statt dem Reißdraht 16 eine aufgedruckte Leiterbahn 18 aufweist, welche jedoch in analoger Weise wie der Reißdraht 16 aufgebaut ist und funktioniert.
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele zeigten die Detektion einer Verkippung/Verschiebung und/oder einer Temperaturänderung der Radlagervorrichtung 1 durch einen Versatz des Sensorhebels 12 relativ zu der Sensorscheibe 10 in axialer Richtung. Dagegen illustrieren die 10 bis 13 eine Sensoreinrichtung 9 mit einem Sensorhebel 12, welcher in radialer Richtung auf den Reißdraht 16 einwirkt, als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die 10 zeigt einen Längsschnitt durch die Sensorscheibe 10 sowie eine Abdeckkappe 11, welche sich von dem Ausführungsbeispiel in den 2 und 3 im Wesentlichen dadurch unterscheiden, dass die Aufnahme 14 der Sensorscheibe 10 nach radial außen geöffnet ist und der Reißdraht 16 eine Funktionsoberfläche bildet, welche zylindermantelförmig und konzentrisch zu der Drehachse der Radlagervorrichtung 1 angeordnet ist.
In der 11, welche eine Detailvergrößerung aus der 10 darstellt, ist zu erkennen, dass der Sicherheitsabstand s diesmal in radialer Richtung angeordnet ist. Die 12 und 13 zeigen in einer dreidimensionalen Darstellung beziehungsweise in einer Detaildarstellung des Details 1 in der 12 die Sensoreinrichtung 9, wobei zu erkennen ist, dass vier Sensorhebel 12 in radialer Richtung in die Aufnahme 14 der Sensorscheibe 10 eingreifen.
Die 14 bis 17 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Sensorring 10 mit dem Reißdraht 16 in Abgrenzung zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen eine Funktionsoberfläche bildet, welche konusförmig ausgebildet ist und einen Winkel von circa 45° gegenüber der Drehachse der Radlagervorrichtung 1 einnimmt. Der Sensorhebel 12 ist als ein separates Bauteil ausgebildet, welches in eine Abdeckkappe 11 integriert ist, wobei es sich bei diesem Ausführungsbeispiel optional anbietet, dass der Sensorhebel 12 aus einem temperatursensitiven Material gebildet ist, so dass bei einer Temperaturerhöhung der Sicherheitsabstand s zwischen dem freien Ende des Sensorhebels 12 und der Funktionsoberfläche des Sensorring 10 beziehungsweise des Reißdrahts 16 verringert wird. Die 17 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel in einer dreidimensionalen Darstellung.
Das nächste Ausführungsbeispiel in der 18 ist in einer ähnlichen Weise wie das erste Ausführungsbeispiel ausgebildet, wobei jedoch zum einen der Sensorring 10 an seinem radial inneren Bereich eine kragenförmige Ausformung aufweist, welche an den Innenring 3b formschlüssig umgreift, so dass eine formschlüssige Festlegung des Sensorrings 10 an den Innenring 3b sichergestellt ist. Allgemein ist es bevorzugt, wenn der Sensorring 10 oder das Sensorteil unverlierbar an der Innenringanordnung 2 festgelegt ist. Diese Festlegung des Sensorrings 10 kann somit auch bei den anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Der Sensorhebel 12 greift – wie zuvor schon angesprochen – nicht von axial außen, sondern von der Seite des Innenraums der Radlagervorrichtung 1 in eine Aufnahme 14 der Sensorscheibe ein.

1: Radlagervorrichtung
2: Innenringanordnung
3a, b: Innenringe
4: Achsstummel
5: Außenringanordnung
6a, b: Außenring
7: Wälzkörper
8: Kassettendichtung
9: Sensoreinrichtung
10: Sensorring
11: Abdeckscheibe
12: Sensorhebel
13: Befestigungsabschnitt
14: Aufnahme
15: Kunststofflagen
16: Reißdraht
17: Encoder-Scheibe, ABS-Scheibe
18: Leiterbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5244287 [0003]
- US 4063786 [0004]
- US 6445009 B1 [0005]
- US 5865543 [0006]

Claims

Radlagervorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Innenringanordnung (2), welche zur drehfesten Aufnahme eines ersten Drehpartners, insbesondere eines Achsstummels (4) oder einer Welle, ausgebildet ist, mit einer Außenringanordnung (5), welche mit einem zweiten Drehpartner drehfest verbunden und/oder verbindbar ist, mit einer Vielzahl von Wälzkörpern (7), welche zwischen der Innenringanordnung (2) und der Außenringanordnung (5) abwälzen, so dass Innenringanordnung (2) und Außenringanordnung (5) und/oder die Drehpartner gegeneinander verdrehbar sind, und mit einer elektrischen Sensoreinrichtung (9), welche unter Nutzung eines mechanischen Kontakts zur Erfassung eines Betriebszustands der Radlagervorrichtung (1) angeordnet und/oder ausgebildet ist, wobei die Sensoreinrichtung (9) ein stationäres Sensorteil (10) und ein rotierendes Sensorteil (12) umfasst, welche zur Bildung des mechanischen Kontakts zusammenwirken können, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Sensorteile (12) mit der Innenringanordnung (2) ohne Zwischenschaltung des ersten Drehpartners (4) verbunden ist.
Radlagervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Sensorteil (12) mit der Außenringanordnung (5) verbunden ist.
Radlagervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlagervorrichtung (1) als eine einbaufertige Baueinheit ausgebildet ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Sensorteile (10) eine die Drehachse der Radlagervorrichtung (1) umlaufende Funktionsoberfläche aufweist, welche im Betrieb von dem anderen Sensorteil (12) mit einem Sicherheitsabstand (s) beabstandet oder mechanisch kontaktierend abgefahren wird.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsoberfläche in einer Radialebene zu der Drehachse der Radlagervorrichtung (1), in einer zu der Drehachse der Radlagervorrichtung (1) konzentrisch angeordneten Zylindermantelfläche und/oder in einer zu der Drehachse der Radlagervorrichtung (1) konzentrisch angeordneten Konusmantelfläche angeordnet ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu oder in der Funktionsoberfläche eine elektrische Leiteranordnung (16, 18) angeordnet ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) nach einem Schließerprinzip arbeitet, wobei ein Signal aktiviert wird, wenn sich die beiden Sensorteile (10, 12) mechanisch berühren.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (9) nach dem Öffnerprinzip arbeitet, wobei ein Signal aktiviert wird, sobald eine oder die elektrische Leiteranordnung (16, 18) in einem oder dem Sensorteil (10) geöffnet wird.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Sensorteil (10) mit der elektrischen Leiteranordnung (16, 18) als ein Sensorring (10) ausgebildet ist, welcher auf der Innenringanordnung (2) aufgesetzt ist und vorzugsweise als Dichtungsring ausgebildet ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Sensorteil (12) als ein Sensorhebel (12) ausgebildet ist, welcher vorzugsweise und optional unter Verwendung von mindestens einem Zwischenelement (11) auf der Außenringanordnung (5) gelagert, angeordnet und/oder befestigt ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorteil (10, 12), insbesondere das andere Sensorteil (12), temperaturempfindlich ausgebildet ist, so dass bei einer Erhöhung der Temperatur über die norma le Betriebstemperatur der Sicherheitsabstand (s) zwischen den Sensorteilen verringert wird und/oder dass die beiden Sensorteile mechanisch kontaktieren.
Radlagervorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturempfindlichkeit durch die Verwendung einer Formgedächtnislegierung, einer Bimetallanordnung oder eines Aktors, optional unter Zwischenschaltung eines Hebelwerks umgesetzt ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass eines der Sensorteile (10, 12), insbesondere das andere Sensorteil und im speziellen der Sensorhebel (12), als bevorzugt einstückiger und/oder integraler Bestandteil einer ABS-Scheibe (17) oder einer Dichtung ausgebildet ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringanordnung (5) in der Einbausituation drehend und die Innenringanordnung (2) stationär angeordnet sind.