DE102010011461A1

DE102010011461A1 - Radlagervorrichtung

Info

Publication number: DE102010011461A1
Application number: DE201010011461
Authority: DE
Inventors: Christian Horn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug mit einem Achszapfen (3) und einem gegenüber diesem verdrehbaren Radflansch zur Aufnahme eines Rads mittels eines Radlagers (4) mit einem auf dem Achszapfen (3) aufgenommenen Innenring (5) und einem mit dem Rad verbindbaren Radflansch aufnehmenden Außenring (7) sowie zwischen Innenring (5) und Außenring (7) angeordneten und auf Laufbahnen dieser abwälzenden Wälzkörpern (6) sowie einer Sensoreinrichtung (8) mit zumindest einem Sensor (16, 17) zur Erfassung zumindest einer für die Radlagervorrichtung (1) relevanten Größe. Zur Verminderung langer Toleranzketten und Integration der kompletten Sensoreinrichtung (1) in das Radlager (4) wird die Sensoreinrichtung (8) mit zumindest einem Trägerteil (9) versehen, das mit dem Innenring (5) verdrehgesichert und verliergesichert verbunden ist und auf dem der zumindest eine Sensor (16, 17) aufgenommen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Radlagervorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einem Achszapfen und einem gegenüber diesem verdrehbaren Radflansch zur Aufnahme eines Rads mittels eines Radlagers mit einem auf dem Achszapfen aufgenommenen Innenring und einem mit dem Rad verbindbaren Radflansch aufnehmenden Außenring sowie zwischen Innenring und Außenring angeordneten und auf Laufbahnen dieser abwälzenden Wälzkörpern sowie einer Sensoreinrichtung mit zumindest einem Sensor zur Erfassung zumindest einer für die Radlagervorrichtung relevanten Größe.
Hintergrund der Erfindung
Radlagervorrichtungen zur verdrehbaren Befestigung der Räder von Kraftfahrzeugen sind bekannt. Hierbei wird an einem Achszapfen, der beispielsweise an einer gefederten oder ungefederten Achse oder einem Federbein eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, ein Radlager angeordnet, das aus einem oder mehreren nebeneinander angeordneten Wälzlagern oder einem mehrreihigen Wälzlager gebildet sein kann. Der beziehungsweise die Innenringe sind verdrehfest auf dem Achszapfen aufgenommen, der zu diesen verdrehbare Außenring nimmt den Radflansch auf, mit dem das Rad verschraubt wird.
Aufgrund der über die Lebensdauer der Radlagervorrichtung auftretenden Belastungen insbesondere bei Nutzfahrzeugen wie beispielsweise Lastkraftwagen können lebensdauer- oder verschleißbedingt Folgen an dem Radlager eintreten, die zu einem erhöhten Reibwiderstand des Radlagers bis hin zu Radabwürfen bei sich zerlegendem Radlager führen zu können. Derartige Folgen können gefährliche Fahrsituationen des Kraftfahrzeugs herbeiführen, so dass Anstrengungen unternommen wurden, eine Schädigung des Radlagers durch entsprechende Erfassung von für den Zustand der Radlagervorrichtung relevanten Größen mittels entsprechender Sensoren vorherzusehen. Weiterhin ist die Erfassung einer Drehzahl eines Rades insbesondere für die Verwendung für ein Antiblockiersystem, eine Antischlupfregelung und dergleichen eine relevante Größe für die Radlagervorrichtung.
Die DE 10 2008 009 283 A1 zeigt eine Radlagervorrichtung, bei der eine Sensorvorrichtung vorgesehen ist, deren Funktionseinheiten getrennt im Radlager und an dem Achszapfen angeordnet sind, so dass die Sensoreinrichtung erst bei einem Zusammenbau der Radlagervorrichtung komplettiert wird. Dies führt zu langen Toleranzketten und die Toleranzen des Radlagers und des Achszapfens müssen auf die Toleranzen der Funktionsbauteile der Sensoreinrichtung abgestimmt werden. Der Einbau und gegebenenfalls ein Wechsel des Radlagers bestimmen dabei durch die dabei stattfindende Einbautoleranz die Qualität der Sensoreinrichtung und deren Funktion vor. Weiterhin kann durch eine Änderung der Zuordnung von Achszapfen und Radlager zueinander eine Änderung der Eigenschaften wie Messqualität der Sensoreinrichtung während des Betriebs der Radlagervorrichtung auftreten.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist daher die vorteilhafte Weiterbildung einer Radlagervorrichtung. Insbesondere soll hierbei eine Verbesserung der Einbausituation einer Sensoreinrichtung, ein besseres Langzeitverhalten der Sensoreinrichtung, eine verkürzte Toleranzkette der Sensoreinrichtung beziehungsweise ein einfacher Aufbau der Radlagervorrichtung mit einem einfachen Einbau und Austausch des Radlagers der Radlagervorrichtung erzielt werden.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Radlagervorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit einem Achszapfen und einem gegenüber diesem verdrehbaren Radflansch zur Aufnahme eines Rads mittels eines Radlagers mit einem auf dem Achszapfen aufgenommenen Innenring und einem mit dem Rad verbindbaren Radflansch aufnehmenden Außenring sowie zwischen Innenring und Außenring angeordneten und auf Laufbahnen dieser abwälzenden Wälzkörpern sowie einer Sensoreinrichtung mit zumindest einem Sensor zur Erfassung zumindest einer für die Radlagervorrichtung relevanten Größe gelöst, wobei die Sensoreinrichtung zumindest ein Trägerteil enthält, das mit dem Innenring verdrehgesichert und verliergesichert verbunden ist und auf dem der zumindest eine Sensor aufgenommen ist. Durch diese Aufnahme der Sensoreinrichtung an dem Innenring kann eine Radlagervorrichtung vorgeschlagen werden, deren Sensoreinrichtung ausschließlich an dem Radlager angeordnet ist und deren Toleranzkette lediglich Toleranzen innerhalb des Radlagers enthält. Es kann damit ein Radlager mit autarker und unabhängig von der Einbausituation des Radlagers in der Radlagervorrichtung funktionsfähiger Sensoreinrichtung vorgeschlagen werden. Die Signalübermittlung der Sensoreinrichtung an eine externe Auswerteeinheit sowie die Bereitstellung der gegebenenfalls notwendigen Energieversorgung der Sensoreinrichtung kann leitungsgebunden erfolgen, beispielsweise mittels einer Kabelführung durch den Achszapfen, zwischen Achszapfen und Innenring, durch den Innenring oder fliegend. Die Signalübertragung kann telemetrisch erfolgen, eine gegebenenfalls notwendige Energieübertragung kann kapazitiv und/oder induktiv koppelnd erfolgen.
Nach dem erfinderischen Gedanken kann das Trägerteil, das beispielsweise aus Blech gestanzt und/oder tiefgezogen oder in anderer Weise umformend auf Endform gebracht ist, mit dem Innenring verkrallt sein, wodurch eine Verliersicherung wie feste Zuordnung des Trägerteils mit dem zumindest einen Sensor zum Innenring bei gleichzeitiger Verdrehsicherung erzielt wird. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn das Trägerteil den Innenring radial umgreift und mit einer Innenumfangsfläche des Innenrings verkrallt ist und der zumindest eine Sensor radial zwischen Außenring und Innenring angeordnet ist. Dabei kann ein vorhandener Bauraum zwischen dem Außenring und dem Innenring und den Wälzkörpern genutzt werden, um den oder die vorgesehenen Sensoren unterzubringen.
Das Trägerteil ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und weist einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei ein radial innen vorgesehener Schenkel die Haltekrallen zum Innenring ausbildet und radial außen von einem Schenkel eine Aufnahmeplattform gebildet sein kann, auf der zumindest ein vorzugsweise mehrere über den Umfang angeordnete Sensoren aufgenommen sind. Die Sensoren erfassen dabei mehrere relevante Größen wie Messparameter, die der Beurteilung der Radlagervorrichtung, insbesondere des Radlagers dienen beziehungsweise die Erfassung der Drehzahl des Außenrings gegenüber dem Innenring und damit die Raddrehzahl ermöglichen.
Zur Erfassung der Drehzahl des Rads ist der zumindest eine Sensor der Sensoreinrichtung ein Drehzahlsensor, wobei das aktiv messende Sensormodul fest auf dem Trägerteil aufgenommen ist und vorzugsweise über den Umfang wechselnde Gebermarkierungen am Außenring inkrementell erfasst, wodurch mittels einer Abzählung der Inkremente zumindest ein Drehwinkel des Außenrings gegenüber dem Innenring erfasst werden kann, aus dem bei einer zusätzlichen Berücksichtigung der Taktrate die Drehzahl und bei deren Ableitung nach der Zeit die Geschwindigkeit und bei weiterer Ableitung die Beschleunigungen des Rads bestimmt werden kann. Die Gebermarkierungen können beispielsweise durch einen Geberring, der an dem Außenring angebracht ist über den Umfang verteilte Stege aufweist, die an dem Sensor Messinkremente erzeugen, gebildet sein. Nach dem erfinderischen Gedanken eignen sich in besonders vorteilhafter Weise über den Umfang auf die Außenringinnenseite aufgebrachte Beschichtungen, die sich über den Umfang abwechseln und als Aktivbeschichtung beispielsweise vorteilhafte magnetische Eigenschaften ausbilden, die in Verbindung mit einem beispielsweise als Hall-Sensor ausgebildeten Sensor besonders gute und zuverlässige Resultate bei der Erfassung der Drehzahl liefern. Zudem sind derartige Beschichtungen in einfacher Weise miniaturisierbar, so dass insbesondere in Verbindung mit Hall-Sensoren kleine Erfassungseinheiten für die Drehzahl vorgeschlagen werden können, die in entsprechend kleine Bauräume von Radlagern eingebaut werden können.
Als weiterer Sensor kann auf dem Trägerteil zumindest ein Temperaturfühler zur Bewertung der Temperatur des Radlagers vorgesehen werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung mehrerer Temperatursensoren erwiesen, die eine räumliche und/oder graduelle Verteilung der Temperaturen in dem Radlager erlauben. So kann beispielsweise zumindest ein Temperaturfühler dem Innenring und zumindest ein Temperaturfühler dem Außenring zugeneigt sein, so dass zum einen die Differenztemperatur zwischen diesen und zum anderen bei Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung der Temperaturen Temperaturgradienten zwischen Innenring und Außenring ermittelt werden können. Eine entsprechende Auswertung kann dabei abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung der Radlagervorrichtung wertvolle Hinweise für eine akute oder langfristige Lagerschädigung liefern.
Ein weiterer Sensor kann beispielsweise ein Körperschallsensor sein, der beispielsweise auf der Aufnahmeplattform als ein- oder mehrachsiger Beschleunigungssensor ausgebildet sein kann.
Ein weiterer Sensor kann ein Sensor zur Erfassung einer Verkippung des Außenrings gegenüber dem Innenring sein. Hierbei können optische und/oder auf Kontakt reaktive Sensoren eingesetzt werden, die je nach Empfindlichkeit beispielsweise eine Verkippung des Außenrings gegenüber der Achse des Achszapfens oder einen drohenden Radabwurf erfassen. Beispielsweise kann mittels eines auf der Aufnahmeplattform des Trägerteils angeordneter Kippsensor wie Näherungssensor oder Kontaktsensor der Abstand zu einer Referenzfläche des Außenrings gegenüber dem Abstand im Neuzustand der Radlagervorrichtung erfasst und ausgewertet werden. Dadurch können im Idealfall ein zunehmendes Lagerspiel, Extrembelastungen mit elastischer Verformung von Lagerkomponenten sowie drohende Radabwürfe erfasst und voneinander unterschieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Teilschnitt durch eine Radlagervorrichtung längs des Achszapfens und
2 einen Querschnitt durch die Sensoreinrichtung der 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt die um die Drehachse 2 angeordnete Radlagervorrichtung 1 im Teilschnitt. Der längs der Drehachse 2 angeordnete Achszapfen 3 nimmt das Radlager 4 auf. Hierzu ist der Innenring 5 des Radlagers 4 vorzugsweise mittels eines Presssitzes auf den Achszapfen aufgezogen und axial an einem Anschlag des Achszapfens angelegt sowie in nicht dargestellter Weise axial gesichert. Auf Laufbahnen des Innenrings 5 und des Außenrings 7 wälzen die Wälzkörper 6 ab und übernehmen als zur Drehachse 2 geneigte Kegelrollen mit Innenring 5 und Außenring 7 die Axiallagerung des nicht dargestellten an dem Außenring 7 angebrachten Radflanschs, an dem das Rad des Kraftfahrzeugs montiert wird.
Die Radlagervorrichtung 1 ist mit der komplett in das Radlager 4 aufgenommenen Sensoreinrichtung 8 ausgestattet, die mittels des vorzugsweise ringförmigen Trägerteils 9 an dem Innenring 5 unter Bildung der Verdrehsicherung 10 aufgenommen ist. Die Verdrehsicherung 10 bildet dabei gleichzeitig eine Verliersicherung vor der Montage des Radlagers 4 in der Radlagervorrichtung 1. Das Trägerteil 9 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und an die Stirnseite des Innenrings angelegt. Bei einer axialen Sicherung des Radlagers 4 auf dem Achszapfen 3 kann die Sensoreinrichtung 8 zugleich gegen Verschmutzung beispielsweise mittels einer Radkappe oder Abdeckkappe, die als Sicherung dient und das Radlager 4 radial überdeckt, geschützt werden und das Trägerteil 9 zumindest leicht gegen die Stirnseite des Innenrings 5 vorgespannt werden. Das Trägerteil 9 umgreift den Innenring 5 radial, wobei der Schenkel 11 über den Umfang verteilte, nach radial innen ausgestellte Haltekrallen 12 ausbilden, die sich mit der radial nach innen ausgenommenen Aufnahmefläche 13 verkrallen und damit die Verdrehsicherung der Sensoreinrichtung 8 bilden.
Der radial äußere Schenkel 14 bildet die Aufnahmeplattform 15 für verschiedene Sensoren 16, 17, die auf der Außen- und Innenumfangsfläche der Aufnahmeplattform 15 beispielsweise verschraubt, vernietet, verklebt, verrastet oder in ähnlicher Weise befestigt sind. Bei der schematischen Darstellung der Sensoren 16, 17 ist die Darstellung der elektrischen und/oder telemetrischen Verbindung, beispielsweise eine über den Achszapfen 3 und/oder den Innenring 5 geführte Verbindungsleitung, eine telemetrische Sende/Empfangseinheit und/oder eine kapazitive und/oder induktive Koppelungseinrichtung ebenso nicht dargestellt wie die der Sensoreinrichtung 8 zugeordnete Auswerteeinheit.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist in der gezeigten Darstellung der Sensor 16 als Drehzahlerfassungseinrichtung 18 ausgebildet und nach radial außen auf die Innenumfangsfläche 19 des Außenrings 7 gerichtet. An dieser ist über den Umfang unterbrochen die Beschichtung 20 bevorzugt in Form einer magnetischen Aktivbeschichtung aufgebracht, so dass der als Inkrementwinkelsensor, beispielsweise als Hall-Sensor ausgebildete Sensor 16 bei einer Verdrehung des Außenrings 7 gegenüber dem Innenring 5 und damit des Rads des Kraftfahrzeugs gegenüber dem Achszapfen 3 Winkelinkremente erfasst, so dass in der Auswerteeinheit oder einer Vorortelektronik abhängig von der Anzahl der erfassten Winkelinkremente pro Zeiteinheit eine Drehzahl, die Winkelgeschwindigkeit und/oder Winkelbeschleunigung bestimmt werden kann.
Der in der gezeigten Darstellung der 1 weitere ersichtliche Sensor 17 ist als Temperaturfühler 21 ausgestaltet, der an dem Innenumfang der Aufnahmeplattform 15 nach radial innen auf den Innenring 5 zuweist und damit bevorzugt dessen aktuelle Temperatur erfasst, aus der beispielsweise in der Auswerteeinheit entsprechend eine Temperaturentwicklung über die Zeit mit entsprechenden Temperaturgradienten bestimmt werden und gegebenenfalls mit weiteren Fahrzeugparametern wie Belastung des Fahrzeugs, Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen korreliert werden können.
2 zeigt schematisch die Sensoreinrichtung 8 der 1 im Querschnitt um die Drehachse 2 im Teilschnitt. Das Trägerteil 9 mit den Schenkeln 11, 14, die die Haltekrallen 12 aufweisen beziehungsweise die Aufnahmeplattform ausbilden, ist um die Drehachse 2 angeordnet und bildet mit der Aufnahmeplattform 15 die Basis zur Aufnahme der Sensoren 16, 17, 22, 23, 24. Wie bereits in 1 beschrieben, sind die Sensoren 16, 17 als Drehzahlerfassungseinrichtung 18 und als Temperaturfühler 21 ausgebildet.
Der Sensor 22 ist als Temperaturfühler 25 ausgebildet, der an der Außenumfangsfläche der Aufnahmeplattform 15 nach radial außen in Richtung des Außenrings 7 (1) weist, erfasst bevorzugt die vom Außenring abgestrahlte Wärme, so dass in der Auswerteeinheit Temperaturprofile im Radlager insbesondere Temperaturgradienten zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 7 (1) bestimmt werden können.
Der Sensor 23 ist nach radial außen ausgerichtet und ist als Verkippungssensor 26 vorgesehen, der ein Verkippen des Außenrings 7 gegenüber dem Innenring 5 (1) erfasst. Hierzu kann ein Näherungssensor oder -schalter, ein Kontaktsensor oder dergleichen verwendet werden, wobei ein Näherungssensor einen Verkippwinkel erfassen kann, während ein Näherungsschalter und ein Kontaktsensor ein Überschreiten einer Verkippschwelle erfassen. Durch Verwendung des Verkippungssensors 26 können insbesondere ein Lagerverschleiß beziehungsweise ein drohender Radabwurf rechtzeitig erfasst werden. Der Sensor 24 ist als Körperschallsensor 27 vorgesehen, der den Körperschall des Radlagers 4 (1) erfasst und damit eine rechtzeitige Erkennung von Radlagerschäden ermöglicht.
Die Sensoren 16, 17, 22, 23, 24 und gegebenenfalls weitere Sensoren oder eine andere Kombination von Sensoren sind über den Umfang verteilt auf dem einzigen Trägerteil 9 gegenüber dem Innenring 5 (1) verdrehgesichert angeordnet. Im einfachsten Fall ist auf dem Trägerteil 9 lediglich ein Sensor angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Radlagervorrichtung
2: Drehachse
3: Achszapfen
4: Radlager
5: Innenring
6: Wälzkörper
7: Außenring
8: Sensoreinrichtung
9: Trägerteil
10: Verdrehsicherung
11: Schenkel
12: Haltekralle
13: Aufnahmefläche
14: Schenkel
15: Aufnahmeplattform
16: Sensor
17: Sensor
18: Drehzahlerfassungseinrichtung
19: Innenumfangsfläche
20: Beschichtung
21: Temperaturfühler
22: Sensor
23: Sensor
24: Sensor
25: Temperaturfühler
26: Verkippungssensor
27: Körperschallsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009283 A1 [0004]

Claims

Radlagervorrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug mit einem Achszapfen (3) und einem gegenüber diesem verdrehbaren Radflansch zur Aufnahme eines Rads mittels eines Radlagers (4) mit einem auf dem Achszapfen (3) aufgenommenen Innenring (5) und einem mit dem Rad verbindbaren Radflansch aufnehmenden Außenring (7) sowie zwischen Innenring (5) und Außenring (7) angeordneten und auf Laufbahnen dieser abwälzenden Wälzkörpern (6) sowie einer Sensoreinrichtung (8) mit zumindest einem Sensor (16, 17, 22, 23, 24) zur Erfassung zumindest einer für die Radlagervorrichtung (1) relevanten Größe, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (8) zumindest ein Trägerteil (9) enthält, das mit dem Innenring (5) verdrehgesichert und verliergesichert verbunden ist und auf dem der zumindest eine Sensor (16, 17, 22, 23, 24) aufgenommen ist.
Radlagervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (9) mit dem Innenring (5) verkrallt ist.
Radlagervorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (9) den Innenring (5) radial umgreift und mit einer Aufnahmefläche (13) des Innenrings (5) verkrallt ist und der zumindest eine Sensor (16, 17, 22, 23, 24) radial zwischen Außenring (7) und Innenring (5) angeordnet ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (9) eine Aufnahmeplattform (15) aufweist, auf der mehrere über den Umfang angeordnete Sensoren (16, 17, 22, 23, 24) aufgenommen sind.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (16) eine Drehzahlerfassungseinrichtung (18) ist, der an dem Außenring (7) angebrachte Gebermarkierungen inkrementell erfasst.
Radlagervorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebermarkierungen in Form einer Beschichtung (20) einer Innenumfangsfläche (19) des Außenrings (7) vorgesehen sind.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (17, 22) ein Temperaturfühler (21, 25) ist.
Radlagervorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (16, 17, 22, 23, 24) dem Innenring (5) beziehungsweise dem Außenring (7) zugewandt ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (24) ein Körperschallsensor (27) ist.
Radlagervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (23) eine Verkippung des Außenrings (7) gegenüber dem Innenring (5) erfasst.