DE102010022892A1

DE102010022892A1 - Verfahren zur Erfassung einer Lagerverkippung eines Wälzlagers und Wälzlager hierzu

Info

Publication number: DE102010022892A1
Application number: DE201010022892
Authority: DE
Inventors: Jens Heim
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-08
Also published as: WO2011154197A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Wälzlager zur Erfassung einer Lagerverkippung von Laufringen des Wälzlagers, wobei eine Drehbewegung zwischen den beiden Laufringen mittels eines feststehenden, axial beabstandet zu dem Wälzlager angeordneten Sensors und einem bei einer Verdrehung der Laufringe periodisch wiederkehrende elektrische Signale an dem Sensor bewirkenden, mit dem drehenden Laufring verbundenen Encoderring erfasst wird, indem eine Änderung der elektrischen Signale pro Zeiteinheit ausgewertet wird. Um auf einen zusätzlichen Sensor zur Erfassung der Lagerverkippung verzichten zu können, wird vorgeschlagen, die Lagerverkippung abhängig von einer Abstandsänderung zwischen einer sensitiven Fläche des Sensors und einer Oberfläche des Encoderrings zu ermitteln.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Wälzlager zur Erfassung einer Lagerverkippung von Laufringen des Wälzlagers, wobei eine Drehbewegung zwischen den beiden Laufringen mittels eines feststehenden, axial beabstandet zu dem Wälzlager angeordneten Sensors und einem bei einer Verdrehung der Laufringe periodisch wiederkehrende elektrische Signale an dem Sensor bewirkenden, mit dem drehenden Laufring verbundenen Encoderring, indem eine Auswertung einer Änderung der elektrischen Signale pro Zeiteinheit ausgewertet wird.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 10 2005 059 393 A1 ist ein Wälzlager für eine Radlagervorrichtung mit einem Sensor bekannt, der die Drehzahl des Wälzlagers und damit die Drehzahl eines an der Radlagervorrichtung aufgenommenen Rades erfasst. Hierzu ist der Sensor drehfest aufgenommen und ein Encoderring mit einem sich über den Umfang erstreckenden Radialprofil verdrehbar dem drehenden Laufring zugeordnet. Der als Magnetfeldsensor ausgebildete Sensor erzeugt dabei abhängig von der Drehzahl beziehungsweise eines Verdrehwinkels des drehenden Laufrings periodisch wiederkehrende elektrische Signale, so dass die Änderung der elektrischen Signale in Form von Signalamplituden über die Zeit ein Drehzahlsignal des Rades liefert.
Die Anordnung der Radlagervorrichtung sieht die Aufnahme des Rades am Innenring des Wälzlagers vor. Aus der DE 10 2008 009 283 A1 ist eine Radlagervorrichtung mit einem entsprechenden Drehzahlsensor vorgesehen, bei dem die Aufnahme des Rads am Außenring des Wälzlagers wie Radlagers vorgesehen ist.
Zur Überprüfung des Zustands eines Wälzlagers sind im Weiteren Zustandssensoren zur Lagerverkippung bekannt, die beispielsweise aus Reißdrähten gebildet sind, die reißen, wenn sich zwischen den Lagerringen und deren zugeordneten Bauteilen ein erhöhter Abstand einstellt. Weiterhin können mittels Sensoren wie Temperaturschaltern oder Temperatursensoren beispielsweise infolge erhöhter Lagerreibung erhöhte Lagertemperaturen erfasst und in einer Auswerteeinheit entsprechende Warnsignale ausgegeben werden. Derartige Zustandssensoren benötigen zusätzliche Bauteile und entsprechende Signalleitungen, die kostenaufwendig und bruchgefährdet sind.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines Wälzlagers insbesondere in einer Radlagervorrichtung und ein entsprechendes Wälzlager derart weiterzubilden, dass kostenaufwendige und verschleißanfällige beziehungsweise bruchgefährdete Bauteile verringert werden können.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erfassung einer Lagerverkippung von Laufringen eines Wälzlagers gelöst, wobei eine Drehbewegung zwischen den beiden Laufringen mittels eines feststehenden, axial beabstandet zu dem Wälzlager angeordneten Sensors und einem bei einer Verdrehung der Laufringe periodisch wiederkehrende elektrische Signale an dem Sensor bewirkenden, mit dem drehenden Laufring verbundenen Encoderring erfasst wird, indem eine Änderung der elektrischen Signale pro Zeiteinheit ausgewertet wird und damit die Lagerverkippung abhängig von einer Abstandsänderung zwischen einer sensitiven Fläche des Sensors und einer Oberfläche des Encoderrings erkannt wird.
Durch die Verwendung der Auswertung der Abstandsänderung der Lagerringe zur Erfassung der Lagerverkippung durch den als Drehzahlsensor ausgebildeten Sensor kann ein zusätzlicher Sensor, beispielsweise ein Reißdraht mit entsprechender Signalleitung entfallen, so dass das Wälzlager und damit die Radlagervorrichtung einfacher, kostengünstiger und betriebssicherer ausgebildet werden kann. In herkömmlichen Radlagervorrichtungen benutzten Sensoren wird die Signalinformation der Amplitude beziehungsweise deren Flanken lediglich bezüglich deren Anzahl der Wechsel pro Zeiteinheit genutzt. Durch die Auswertung der Amplitude selbst kann der Abstand zwischen Sensor und Encoderring ermittelt und damit bei axial vom Wälzlager beabstandetem Sensor die Lagerverkippung mit demselben Sensor erfasst werden, so dass sich weitere Sensoren oder Erfassungsvorrichtungen für die Lagerverkippung erübrigen.
Der Sensor kann dabei ein Drehzahlsensor in Form eines Magnetsensors, beispielsweise ein Hall-Sensor, ein magnetoresistiver Sensor oder dergleichen oder ein induktiver Sensor sein. Dabei kann der Encoderring aus Metall mit einem über den Umfang verlaufenden Radialprofil, beispielsweise als Geberrad mit einer Außenverzahnung vorgesehen sein. Dabei wird an der Sensorfläche über den Drehwinkel des Encoderrings ein sinusförmiges Signal erzeugt, dessen Frequenz von der Raddrehzahl abhängt und dessen Amplitude von dem Abstand zwischen Encoderring und Sensorfläche des Sensors abhängt.
Durch die Erfassung der Abstandsänderungen zwischen dem Sensor beziehungsweise dessen Sensorfläche und dem Encoderring ändern sich die Amplituden der periodisch wiederkehrenden Signale über die Zeit, so dass aus diesen Änderungen die Lagerverkippung abgeleitet werden kann. Es hat sich dabei in vorteilhafter Weise gezeigt, dass zur Vermeidung von punktuellen, nicht relevanten Abstandsänderungen, die beispielsweise durch Bordsteinrempler hervorgerufen werden können, ein Filter wie Mittelwertfilter zugeschaltet werden kann, das beispielsweise einen gleitenden Mittelwert der Amplituden erreicht. Hierbei wird eine relevante Lagerverkippung mittels eines gefilterten Mittelwerts der Amplituden ermittelt. Wird eine signifikante Abweichung der so gefilterten Mittelwerte erkannt, erfolgt eine Ausgabe eines Warnsignals, beispielsweise optisch und/oder akustisch an einen Fahrer und/oder als Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher der Auswerteeinheit und gegebenenfalls eine Wartungs- und Reparaturanforderung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann beispielsweise eine Warnmeldung oder ein Warnsignal ausgegeben werden, wenn zumindest einmalig eine vorgegebene Schwelle der Amplituden oder deren gefilterter Mittelwerte, die beispielsweise einen Verschleißzustand des Wälzlagers, eine Gefährdung, beispielsweise in Form eines Radabwurfs oder dergleichen kennzeichnet, erreicht oder überschritten wird. Es versteht sich, dass eine derartige Schwelle gestuft ausgebildet sein kann und bei Erreichen verschiedener Warnstufen unterschiedliche Warnsignale vorgesehen werden können.
Alternativ oder zusätzlich kann die Ausgabe eines Warnsignal vorteilhafterweise dann sein, wenn zumindest einmalig eine vorgegebene Schwelle der Amplitude oder deren gefilterten Mittelwerts um eine vorgegebene Dauer überschritten wird. Beispielsweise kann ein gegebenenfalls abhängig von der Dauer gestuft ausgebildeter Warnhinweis wie Warnsignal erst ab einer gewissen Dauer der Überschreitung, beispielsweise mehrere Minuten, Betriebsstunden oder dergleichen ausgegeben werden, um zu verhindern, dass kurzzeitige, eine Lagerverkippung bewirkende und nicht für eine Schädigung des Wälzlagers relevante Ereignisse, beispielsweise Bordsteinrempler, Lastwechsel bei starker Beladung des Fahrzeugs und dergleichen unnötige Warnhinweise verursachen.
Die Erfassung einer Lagerverkippung des Wälzlagers insbesondere bei einem geschädigten oder verschlissenen Wälzlager kann im Weiteren durch Erfassung von Änderungen gegenüber einem Referenzwert der Amplitude und damit einem voreingestellten Abstand der Lagerringe erfolgen. Hierbei kann alternativ oder zusätzlich zu den zuvor vorgeschlagenen Möglichkeiten ein entsprechendes, gegebenenfalls gestuftes Warnsignal ausgegeben werden, wenn eine zumindest einmalige Änderung einer Amplitude oder deren gefilterten Mittelwerts und/oder für eine vorgegebene Dauer und/oder um eine vorgegebene Anzahl von Überschreitungen gegenüber dem vorgegebenen Referenzwert um einen vorgegeben Wert, beispielsweise eine mehrstufig zu verschiedenen Warnhinweisen führende Schwelle erreicht oder überschritten wird.
Das Verfahren wird bevorzugt mittels eines vorkonfektionierten Sensors ausgeführt, der beispielsweise axial benachbart zu dem feststehenden Laufring an einem diesen aufnehmenden Bauteil angebracht, beispielsweise aufgesteckt und lagefixiert wird. Die Übertragung der im Sensor erzeugten Signale erfolgt mittels einer Datenleitung zu der hierfür vorgesehenen Auswerteeinheit, beispielsweise ein Steuergerät wie ABS-Steuergerät eines Antiblockiersystems oder dergleichen. Hier werden die Sensordaten verarbeitet und mit beispielsweise parametrierbaren und an die Anwendung angepassten Schwellen oder Schwellwerten korreliert. Werden nach den entsprechenden Vorgaben ein oder mehrere Schwellwerte erreicht oder überschritten, erfolgt beispielsweise über CAN (car area network) eine Meldung an ein Alarmsystem, einen Fehlerspeicher oder dergleichen, so dass eine Lagerverkippung dem Fahrer oder Servicepersonal angezeigt und gegebenenfalls protokolliert wird.
Bei Verwendung eines vorkonfektionierten Sensors können die Sensordaten über ein digitales Datenprotokoll über die Datenleitung auf die Auswerteeinheit übertragen werden, so dass eine störungsanfällige analoge Übertragung der Daten vermieden werden kann. Im Weiteren kann das Datenprotokoll so ausgelegt sein, dass ein frei verwendbares Datenbit im Datenprotokoll vorhanden ist, das frei konfigurierbar ist. Nach dem erfinderischen Gedanken wird ein derartiges freies Datenbit zur Übertragung eines zweiten Sensors zur Zustandsüberwachung der Wälzlagers genutzt, so dass mittels einer einzigen Datenleitung die Messdaten zweier Sensoren auf die Auswerteeinheit übertragen werden können. Entsprechend ist nur eine einzige Datenleitung wie Kabel nötig, so dass der Aufwand der verwendeten Teile verringert werden kann und das Risiko eines Leitungsbruchs nur für eine Datenleitung besteht.
Dabei kann je nach Art des Sensors und dessen Aufkommen an zu übertragenden Daten das freie Datenbit entsprechend genutzt werden. Besteht der zweite Sensor lediglich aus einem Schalter, beispielsweise einem auf einen vorgegeben Temperaturwert eingestellten Temperaturschalter, wobei die eingestellte Temperatur eine Schädigungstemperatur des Wälzlagers sein kann, kann die anfallende Signalinformation, beispielsweise „Temperatur erreicht” oder „Temperatur nicht erreicht” durch das freie Datenbit übertragen werden. Ist der zweite Sensor als Sensor, beispielsweise als Temperatursensor mit einer mehrere Bits erfordernden Signalinformation ausgebildet, können Sensorsignale des zweiten Sensors in ein serielles Mehrbitsignal codiert und über das freie Datenbit des Sensors auf die Auswerteeinheit übertragen werden. Durch die nicht vorhandene Echtzeiterfordernis der Feststellung der Lagertemperatur oder anderer Zustandssignale anderer Sensoren kann die zeitverzögerte serielle Übertragung der Signalinformation über das freie Datenbit im Rahmen der Datenübertragungsrate wie Taktrate des Sensors ohne weitere Nachteile in Kauf genommen werden.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Wälzlager, insbesondere in einer Radlagervorrichtung eines Fahrzeugs mit zwei gegeneinander verdrehbaren Laufringen und einem axial beabstandet zu dem Wälzlager angeordneten Sensor und einem mit dem drehenden Laufring verbundenen Encoderring zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens gelöst, wobei hierzu im Neuzustand der Radlagervorrichtung zwischen einer sensitiven Fläche des Sensors und dem Encoderring ein Abstand fest eingestellt und mit bei Verdrehung der Laufringe mittels des Sensors ermittelten Amplituden korreliert wird. Im Weiteren ist in der Radlagervorrichtung eine einzige Leitung wie Datenleitung zwischen dem Sensor und einer Auswerteeinheit vorgesehen. Die Anordnung des Sensors axial zu dem Wälzlager erfolgt in der Weise mit Abstand, dass die Auflösung der Amplituden ausreichend ist, um eine Lagerkipplung, insbesondere eine für einen Schädigungs- und/oder Verschleißzustand des Wälzlagers relevante Lagerkipplung aufzulösen. Es hat sich hierbei abhängig von der Art des Aufbaus der Radlagereinrichtung gezeigt, dass ein axialer Abstand von wenigen Millimetern oder einem Millimeter ausreichend sein kann. Zur Ausführung und Ausgestaltung vorteilhafter Wälzlager in Radlagereinrichtungen wird auf die Ausführungsformen der DE 10 2008 009 283 A1 und DE 10 2005 059 393 A1 verwiesen.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken kann dem Sensor ein zumindest ein zweiter Sensor zur Zustandsüberwachung des Wälzlagers beigeordnet sein, wobei dessen Sensorsignale über dieselbe Leitung auf die Auswerteeinheit übertragen werden. Der zweite Sensor kann mit dem Sensor eine Baueinheit bilden oder in demselben Gehäuse aufgenommen sein. Der zweite Sensor kann beispielsweise als Temperatursensor oder Temperaturschalter ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005059393 A1 [0002, 0016]
DE 102008009283 A1 [0003, 0016]

Claims

Verfahren zur Erfassung einer Lagerverkippung von Laufringen eines Wälzlagers, wobei eine Drehbewegung zwischen den beiden Laufringen mittels eines feststehenden, axial beabstandet zu dem Wälzlager angeordneten Sensors und einem bei einer Verdrehung der Laufringe periodisch wiederkehrende elektrische Signale an dem Sensor bewirkenden, mit dem drehenden Laufring verbundenen Encoderring erfasst wird, indem eine Änderung der elektrischen Signale pro Zeiteinheit ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerverkippung abhängig von einer Abstandsänderung zwischen einer sensitiven Fläche des Sensors und einer Oberfläche des Encoderrings ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsänderung mittels einer Änderung von Amplituden der periodisch wiederkehrenden Signale über die Zeit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine relevante Lagerverkippung mittels eines gefilterten Mittelwerts der Amplituden ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einmaligem Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle der Amplituden oder deren gefiltertem Mittelwert ein Warnsignal ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zumindest einmaligen Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle der Amplitude oder deren gefiltertem Mittelwert um eine vorgegebene Dauer und/oder eine vorgegebene Anzahl von Überschreitungen ein Warnsignal ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zumindest einmaligen Änderung einer Amplitude oder deren gefilterten Mittelwerts und/oder für eine vorgegebene Dauer gegenüber einem vorgegebenen Referenzwert um einen vorgegebenen Wert ein Warnsignal ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mittels eines Datenprotokolls mit einer Auswerteeinheit kommuniziert und ein freies Datenbit zu einer Datenübertragung der Sensorsignale eines eine Zustandsüberwachung des Wälzlagers erfassenden zweiten Sensors verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Sensorsignale des zweiten Sensors in ein serielles Mehrbitsignal codiert und über das Datenbit des Sensors auf die Auswerteeinheit übertragen werden.
Wälzlager, insbesondere in einer Radlagervorrichtung eines Fahrzeugs mit zwei gegeneinander verdrehbaren Laufringen und einem axial beabstandet zu dem Wälzlager angeordneten Sensor und einem mit dem drehenden Laufring verbundenen Encoderring zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem im Neuzustand der Radlagervorrichtung zwischen einer sensitiven Fläche des Sensors und dem Encoderring fest eingestellten Abstand und einer Leitung zwischen dem Sensor und einer Auswerteeinheit.
Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sensor ein zweiter Sensor zur Zustandsüberwachung des Wälzlagers beigeordnet ist und dessen Sensorsignale über dieselbe Leitung auf die Auswerteeinheit übertragen werden.
Wälzlager nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor ein Temperatursensor oder ein Temperaturschalter ist.