DE102010049552A1

DE102010049552A1 - Wälzlagersensor, Wälzlager mit einem Wälzlagersensor und Anordnung eines Wälzlagersensors

Info

Publication number: DE102010049552A1
Application number: DE102010049552A
Authority: DE
Inventors: Marc-André Schäfer; Jens Heim
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: US20130272637A1; DE102010049552B4; US8981764B2; WO2012055589A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wälzlagersensor (1) mit einem Gehäuse (4) und einem in dem Gehäuse (4) verdrehgesichert angeordnetem Signalaufnehmer (3), welcher mit dem Gehäuse (4) in einer feststehenden Aufnahme (8) in einem feststehenden Teil eines Wälzlagers (2) oder in einem feststehendem an ein Wälzlager angrenzendem Bauteil, wie z. B. einem Achszapfen, angeordnet ist, wobei das Gehäuse (4) eine äußere Formgestaltung aufweist, über die der Wälzlagersensor (1) in der Aufnahme (8) formschlüssig gegen ein Verdrehen gesichert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagersensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, ein Wälzlager mit einem Wälzlagersensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 6 und eine Anordnung eines Wälzlagersensors mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7.
Bei einer Vielzahl von Wälzlageranwendungen ist es notwendig einen Sensor in einer korrekten Position und Ausrichtung zu einem Signalgeber anzuordnen und anschließend zu befestigen. Insbesondere Drehzahlsensoren, die in Wechselwirkung mit einem Signalgeber, welcher auf einem drehbaren Teil des Wälzlagers befestigt wird, stehen, können nur bei einem bestimmten Detektionsabstand zwischen Sensor und Signalgeber optimal funktionieren.
Beispielsweise werden bei Radlagern im KFZ-Bereich sogenannte Drehzahlsensoren für Anti-Blockiersysteme verwendet, bei denen eine nachträgliche Abweichung vom optimalen Detektionsabstand zu einem Signalverlust führen kann, der die Funktionsweise des Anti-Blockiersystems einschränkt oder sogar unterbindet. Die Drehzahlsensoren basieren meist auf magnetischen Effekten, wie z. B. dem Hall-Effekt, dem magnetorestriktiven Effekt oder Induktion. Eine ähnliche Problematik stellt sich aber auch bei Wälzlagern der Luftfahrtindustrie, wie zum Beispiel Wälzlager für Düsentriebwerke, oder auch bei Wälzlagern für Walzwerke und Papiermaschinen.
Die Befestigung muss einerseits sicher genug sein, um eine nachträgliche Positionsänderung oder eine falsche Befestigung während der Installation des Sensors zu verhindern, andererseits sollte die Befestigung, um den Installationsprozess kosteneffizient zu halten, wenig separate Bestandteile aufweisen und einfach gestaltet sein.
Aus der US 5,640,087 A ist ein Sensor für ein Schrägkugellager mit einer Befestigungsvorrichtung bekannt, bei welcher der Sensor in einem feststehenden Flansch am Achszapfen befestigt wird. Das Gehäuse des Sensors weist ein in radialer Richtung belastbares Federelement mit einer Rastnase auf. Diese Rastnase ist zum Einrasten in einer Nut vorgesehen, die die axiale Position des Sensors festgelegt. Durch das Einschnappen wird erkannt, dass der Sensor an der korrekten Position angeordnet ist. Danach wird ein im Wesentlichen scheibenförmiges Befestigungselement, welches im axialen Formschluss mit dem Sensor steht mittels einer Schraube am feststehenden Flansch befestigt.
Aus der DE 69111879 T5 ist ein Drehzahlsensor für ein Schrägkugellager bekannt, welcher in einem Befestigungsflansch des Radlagers, wobei der Befestigungsflansch einen Teil des feststehenden Achszapfen bildet, angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Wälzlagersensor, ein verbessertes Wälzlager mit einem Wälzlagersensor und eine verbesserte Anordnung eines Wälzlagersensors zu schaffen, welche eine dauerhafte und zuverlässige Sensierung wälzlagerbezogener Kenngrößen auch unter hohen kinematischen Kräften ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Wälzlagersensor mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse verdrehgesichert angeordnetem Signalaufnehmer, welcher mit dem Gehäuse in einer feststehenden Aufnahme in einem feststehenden Teil eines Wälzlagers oder in einem feststehendem an ein Wälzlager angrenzendem Bauteil angeordnet ist, vorgeschlagen, wobei das Gehäuse eine äußere Formgestaltung aufweist, über die der Wälzlagersensor in der Aufnahme formschlüssig gegen ein Verdrehen gesichert ist. Durch die vorgeschlagene Lösung wird der Wälzlagersensor in der Aufnahme auch unter hohen dynamischen Kräften dauerhaft in einer definierten Stellung gehalten, so dass die Sensierung der Kenngrößen mittels des in dem Gehäuse verdrehgesichert angeordnetem Signalaufnehmer zuverlässig und dauerhaft ohne die Gefahr einer ungewollten Lageveränderung mit einer damit verbundenen Meßwertverfälschung des Signalaufnehmers erfolgt. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht ferner eine bevorzugte Verwendung von aktiven Sensoren, welche für eine optimale Signalaufnahme besonders genau positioniert und ausgerichtet werden müssen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Formgestaltung durch eine in der Außenwand des Gehäuses in Montagerichtung des Wälzlagersensors verlaufende Nut gebildet ist. Die Nut dient damit einerseits einer Verdrehsicherung des Wälzlagersensors und kann andererseits zusätzlich zur Führung des Wälzlagersensors während des Montagevorganges genutzt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse aus einem dünnwandigen Metallteil gebildet ist, und die Formgestaltung durch ein plastisches Verformen des Metallteils verwirklicht ist. Plastische Umformprozesse wie z. B. Pressen oder Tiefziehen sind kostengünstige großserienfreundliche Herstellungsverfahren und ermöglichen durch die Verwendung eines dünnwandigen Metallteiles anschließend ein ausreichend formstabiles Gehäuse zur Aufnahme entsprechender Kräfte zur Sicherung des Wälzlagersensors in der vorbestimmten Ausrichtung.
Alternativ kann das Gehäuse auch als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein, wodurch ebenfalls eine sehr kostengünstige Herstellung des Wälzlagersensors ermöglicht wird und außerdem die Formgestaltung während der Herstellung des Gehäuses gleich mit geformt werden kann, so dass ein zusätzlicher Formgebungsprozess des Gehäuses zur Herstellung der Formgestaltung entfallen kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Formgestaltung durch ein drehfest mit dem Gehäuse verbundenes sich an dem feststehenden Teil des Wälzlagers oder an dem angrenzenden Bauteil abstützendes Sicherungselement gebildet ist. Durch die Verwendung des vorgeschlagenen Sicherungselementes kann auch eine Lösung verwirklicht werden, bei der sich der Wälzlagersensor mit dem Gehäuse nicht direkt in oder an der Aufnahme abstützen kann.
Weiterhin wird zur Lösung der Aufgabe ein Wälzlager mit einem Wälzlagersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, vorgeschlagen, bei dem der Wälzlagersensor mittels eines sich auf der Formgestaltung abstützenden an dem Wälzlager angeordneten Sicherungsteils gegen Verdrehen gesichert ist. Als Sicherungsteil können z. B. Schrauben oder Bolzen verwendet werden, welche in entsprechenden Bohrungen an dem Wälzlager angeordnet sind und sich zur Sicherung des Wälzlagers mit einem freien Ende an der Formgestaltung des Gehäuses des Wälzlagersensors abstützen.
Ferner wird zur Lösung der Aufgabe eine Anordnung eines Wälzlagersensors mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse verdrehgesichert angeordnetem Signalaufnehmer, welcher mit dem Gehäuse in einer feststehenden Aufnahme in einem feststehenden Teil eines Wälzlagers oder in einem feststehendem an ein Wälzlager angrenzendem Bauteil angeordnet ist, vorgeschlagen, bei der das Gehäuse eine äußere Formgestaltung aufweist, über die der Wälzlagersensor in der Aufnahme formschlüssig gegen ein Verdrehen gesichert ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
1: Wälzlagersensor mit einem Gehäuse mit einer Nut und einer in die Nut eingreifenden Schraube;
2: Wälzlagersensor mit einem Gehäuse mit einer Nut und einem an der Aufnahme angeordnetem in die Nut hinein ragenden Vorsprung;
3: Wälzlagersensor mit einem sich an dem Wälzlager abstützendem Sicherungselement;
4: Sicherungselement.
In der 1 ist ein Wälzlagersensor 1 in einem feststehenden Teil eines Wälzlagers 2 im Querschnitt und in Schnittrichtung A-A zu erkennen. Der Wälzlagersensor 1 kann alternativ auch in einem feststehenden an das Wälzlager 2 angrenzenden Bauteil, wie z. B. einem Achszapfen, angeordnet sein. Wichtig ist nur, dass der Wälzlagersensor 1 derart auf ein sich bewegendes Teil eines Wälzlagers 2, vorzugsweise auf einen Lagerring, gerichtet ist, dass der Wälzlagersensor 1 die zu sensierende Kenngröße wie z. B. die Drehgeschwindigkeit, radiale oder axiale Bewegungen des bewegten Teils oder Spaltweiten in Bezug zu dem feststehenden Teil sensieren kann.
Der Wälzlagersensor 1 ist mit einem Gehäuse 4 in einer Aufnahme 8 des Wälzlagers 2 angeordnet, und weist an seiner Stirnseite einen über ein Halteteil 9 lagefixierten Signalaufnehmer 3 auf, welcher über eine elektrische Leitung 18 mit einer externen Steuerung bzw. Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist. Der Signalaufnehmer 3 ist ferner an der Stirnseite zusätzlich durch ein Abdeckelement 10 oder auch Abstandshalter vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt.
Das Gehäuse 4 weist an seiner Außenseite eine Nut 5 auf, welche sich in Längsrichtung des Gehäuses 4 in Richtung der Einschubrichtung des Wälzlagersensors 1 in die Aufnahme 8 erstreckt. An dem feststehenden Teil des Wälzlagers 2 ist außerdem ein Sicherungsteil 6 in Form einer von außen eingeschraubten Schraube vorgesehen, welche in die Aufnahme 8 hinein ragt und dabei in die Nut 5 des Gehäuses 4 eingreift und dieses dadurch gegen ein Verdrehen um dessen Längsachse sichert. Damit die durch das Sicherungsteil 6 ausgeübte Kraft das Gehäuse 4 nicht nachteilig verformt, ist an der Innenseite des Gehäuses 4 zusätzlich ein ringförmiges Stützelement 7 vorgesehen.
Das Gehäuse 4 kann z. B. als Kunststoffspritzteil ausgeführt sein, so dass die Nut 5 in dem während des Spritzvorganges vorgenommenen Formgebungsprozess gleich mit geformt werden kann. Alternativ kann das Gehäuse 4 auch aus einem rohrförmigen Metallteil gebildet und die Nut 5 z. B. durch ein gesondertes Span abhebendes Bearbeitungsverfahren hergestellt sein.
In der 2 ist eine leicht abgewandelte Ausführungsform der Erfindung im Querschnitt und in Schnittrichtung B-B zu erkennen, bei der das Gehäuse 4 durch ein dünnwandiges Metallteil mit einer im Wesentlichen konstanten Wandstärke gebildet ist. Die Nut 5 ist in diesem Fall bevorzugt durch ein kostengünstiges plastisches Umformverfahren des Gehäuses 4 hergestellt worden, wobei die Nut 5 und das Gehäuse 4 insgesamt aufgrund der Verformbarkeit des Metallteils auch so bemessen sein kann, dass sich das Gehäuse 4 bei der Montage in der Aufnahme 8 zusätzlich geringfügig verformt und/oder anschließend mit einem Presssitz in der Aufnahme 8 gehalten ist.
An der Innenwand der Aufnahme 8 ist ein nach innen ragender Vorsprung 19 vorgesehen, der in die Nut 5 hinein ragt und dadurch das Gehäuse 4 und den Wälzlagersensor 1 insgesamt gegen ein Verdrehen sichert. Der Vorsprung 19 bildet bei der Montage zusätzlich eine Führung für die Einschubbewegung des Wälzlagersensors 1, und ist dafür als längliche Nase ausgebildet. Wie in der Schnittdarstellung zu erkennen ist, ist der Signalaufnehmer 3 in dem Gehäuse 4 in einem formschlüssig in Umfangsrichtung gegenüber dem Gehäuse 4 lagefixierten Halteteil 9 gehalten, so dass der Signalaufnehmer 3 über das Halteteil 9 und durch die Ausrichtung des Gehäuses 4 über die Nut 5 auch gegenüber dem feststehenden Teil des Wälzlagers 2 lagefixiert ist. Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Signalaufnehmer 3, dem Halteteil 9, dem Gehäuse 4 und dem feststehenden Teil des Wälzlagers 2 ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass der Signalaufnehmer 3 eine Ausrichtung aufweist, welche eine größtmögliche Signaländerung bei einer Veränderung der zu sensierenden Kenngröße ermöglicht.
In der 3 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erkennen, bei dem das Gehäuse 4 des Wälzlagersensors 1 einen ersten zylindrischen Abschnitt 12 und einen zweiten Abschnitt 13 aufweist, welche jeweils eine an der Außenseite angeordnete Profilierung 11 und 20 aufweisen. Die Profilierungen 11 und/oder 20 sind aus herunterdrückbaren Zähnen gebildet, welche ein Ein- oder Aufschieben der Teile ermöglichen und eine Bewegung der Teile in die jeweils entgegengesetzte Richtung sperren. Die Aufnahme 8 in dem feststehenden Teil des Wälzlagersensors 1 ist dabei als runde Bohrung ausgeführt, in die der Wälzlagersensor 1 mit dem ersten Abschnitt 12 bei der Montage zunächst in verschiedenen Winkelausrichtungen in Bezug zu dessen Längsachse eingeführt werden kann. Die äußere Formgestaltung zur Lagefixierung des Wälzlagersensors 1 ist in diesem Fall durch eine Abflachung des zweiten Abschnitts 13 verwirklicht. Nach dem Einführen des Wälzlagersensors 1 wird dessen Ausrichtung durch die Anordnung eines Sicherungselementes 14 auf dem zweiten Abschnitt 13 justiert. Das Sicherungselement 14 weist dazu, wie auch in der 4 zu erkennen ist, eine Öffnung 15 mit einer einseitigen Abflachung 16 auf, welche das Aufschieben des Sicherungselementes 14 auf den zweiten Abschnitt 13 in ausschließlich einer Winkelausrichtung zulässt. Das Sicherungselement 14 stützt sich dann in der ausgerichteten Stellung über eine Stützfläche 17 an dem feststehenden Teil des Wälzlagers 2 ab. Aufgrund der formschlüssigen Verbindung des Sicherungselementes 14 über die Stützfläche 17 auf dem feststehenden Teil und der formschlüssigen Verbindung über die Abflachung 16 zu dem Gehäuse 4 ist das Gehäuse 4 und damit auch der in dem Gehäuse 4 angeordnete Signalaufnehmer 3 gegenüber dem feststehenden Teil des Wälzlagers 2 und zu dem sich bewegenden Teil des Wälzlagers 2 in einer vorbestimmten Position angeordnet und ausgerichtet.
Die Profilierungen 11 und 20 bewirken dabei eine form- und/oder reibschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse 4 und dem feststehenden Teil des Wälzlagers 2 und andererseits zwischen dem Gehäuse 4 und dem Sicherungselement 14.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlagersensor
2: Wälzlager
3: Signalaufnehmer
4: Gehäuse
5: Nut
6: Sicherungsteil
7: Stützelement
8: Aufnahme
9: Halteteil
10: Abdeckelement
11: Profilierung
12: Erster Abschnitt
13: Zweiter Abschnitt
14: Sicherungselement
15: Öffnung
16: Abflachung
17: Stützfläche
18: Elektrische Leitung
19: Vorsprung
20: Profilierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5640087 A [0005]
DE 69111879 T5 [0006]

Claims

Wälzlagersensor (1) mit einem Gehäuse (4) und einem in dem Gehäuse (4) verdrehgesichert angeordnetem Signalaufnehmer (3), welcher mit dem Gehäuse (4) in einer feststehenden Aufnahme (8) in einem feststehenden Teil eines Wälzlagers (2) oder in einem feststehendem an ein Wälzlager angrenzendem Bauteil, wie z. B. einem Achszapfen, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine äußere Formgestaltung aufweist, über die der Wälzlagersensor (1) in der Aufnahme (8) formschlüssig gegen ein Verdrehen gesichert ist.
Wälzlagersensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgestaltung durch eine in der Außenwand des Gehäuses (4) in Montagerichtung des Wälzlagersensors (1) verlaufende Nut (5) gebildet ist.
Wälzlagersensor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem dünnwandigen Metallteil gebildet ist, und die Formgestaltung durch ein plastisches Verformen des Metallteils verwirklicht ist.
Wälzlagersensor (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
Wälzlagersensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgestaltung durch ein drehfest mit dem Gehäuse (4) verbundenen, sich an dem feststehenden Teil des Wälzlagers (2) oder an dem angrenzenden Bauteil abstützendes Sicherungselement (14) gebildet ist.
Wälzlager (2) mit einem Wälzlagersensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagersensor (1) mittels eines sich auf der Formgestaltung abstützenden Sicherungsteils (6) gegen Verdrehen gesichert ist.
Anordnung eines Wälzlagersensors mit einem Gehäuse (4) und einem in dem Gehäuse (4) verdrehgesichert angeordnetem Signalaufnehmer (3), welcher mit dem Gehäuse (4) in einer feststehenden Aufnahme (8) in einem feststehenden Teil eines Wälzlagers (2) oder in einem feststehendem an ein Wälzlager angrenzendem Bauteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) eine äußere Formgestaltung aufweist, über die der Wälzlagersensor (1) in der Aufnahme (8) formschlüssig gegen ein Verdrehen gesichert ist.
Anordnung eines Wälzlagersensors nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagersensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.