DE102012204039A1

DE102012204039A1 - Radlager mit einer Sensoraufnahme

Info

Publication number: DE102012204039A1
Application number: DE102012204039A
Authority: DE
Inventors: Christian Mock; Florian Königer; Kay Schumacher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-19
Also published as: WO2013135448A1; KR102000324B1; CN104081073A; KR20140144183A; CN104081073B; US20150055903A1; US9259964B2; RU2014141354A; RU2623789C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radlager mit einer Sensoraufnahme (8) zur Aufnahme eines die Drehbewegung eines Rades sensierenden Sensors mit: – einem drehbaren Innenring (1), an dem ein Rad eines Kraftfahrzeuges befestigbar ist, – einem feststehenden, fahrzeugfest befestigten Außenring (2), – einem dem drehbaren Innenring (1) zugeordneten Encoder (4), – einer an dem feststehenden Außenring (2) angeordneten Abdeckung (3), wobei – die Sensoraufnahme (8) durch eine in der Abdeckung (3) vorgesehene Vertiefung gebildet ist, welche dem Encoder (4) gegenüberliegend angeordnet und an der dem Encoder (4) zugewandten Seite durch eine für das magnetische Wechselfeld zwischen dem Encoder (4) und dem Sensor durchlässige Trennwand (7) verschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Radlager mit einer Sensoraufnahme zur Aufnahme eines die Drehbewegung eines Rades sensierenden Sensors mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ein solches Radlager ist beispielsweise aus der US 5,756,894 bekannt. Das Radlager weist in seinem Grundaufbau eine an einem Fahrzeug befestigte Radnabe mit einem feststehenden Außenring und einen sich drehenden Innenring auf, an dem ein Rad des Kraftfahrzeuges befestigbar ist. Der beschriebene Aufbau entspricht dem an einem nicht angetriebenen Rad vorgesehenen Radlager. Zwischen dem Außenring und dem Innenring ist ein Lager vorgesehen, welches eine Mehrzahl von Wälzkörpern umfasst, die z.B. in zwei parallelen Lagerringen angeordnet sind. Ferner ist an dem sich drehenden Innenring ein Encoder, z.B. in Form eines Zahnringes, drehfest gehalten. An dem stehenden Außenring ist ferner eine Sensoraufnahme zur Aufnahme eines Sensors vorgesehen, welche derart positioniert ist, dass der darin aufgenommene Sensor mit seiner Sensorfläche dem sich drehenden Encoder gegenübersteht. Grundsätzlich muss das Radlager geschmiert sein, wobei es für eine möglichst große Lebensdauer wichtig ist, dass das Schmiermittel weder austritt noch durch eintretende Schmutzpartikel verunreinigt wird. Dazu muss das Radlager gedichtet sein. Da die Sensoraufnahme des aus der US 5,756,894 bekannten Radlagers zu dem Encoder hin offen ist, muss bei diesem Radlager zwischen dem Sensor und der Sensoraufnahme eine Dichtung vorgesehen werden. Diese Dichtung selbst erhöht die Schadenswahrscheinlichkeit des Radlagers, da sie z.B. beim Zusammenbau des Radlagers beschädigt werden kann oder aufgrund von Verschleiß ihre Dichtwirkung verlieren kann.
Aus der WO 2008/006777 A1 ist ein Radlager bekannt, bei der der Encoder nach außen hin zusätzlich durch eine Abdeckung geschützt ist, welche gleichzeitig das Eintreten von Schmutzpartikeln und das Austreten von Schmiermittel verhindert. Der Sensor selbst muss bei diesem Radlager extern befestigt werden, da an dem Radlager selbst keine Sensoraufnahme vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Radlager mit einer Sensoraufnahme bereitzustellen, welches montagefreundlich aufgebaut sein soll und eine hohe Lebensdauer aufweist.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Radlager mit den Merkmalen von Anspruch 1. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sensoraufnahme durch eine in der Abdeckung vorgesehene Vertiefung gebildet ist, welche dem Encoder gegenüberliegend angeordnet und an der dem Encoder zugewandten Seite durch eine für das magnetische Wechselfeld zwischen dem Encoder und dem Sensor durchlässige Trennwand verschlossen ist. Durch die vorgeschlagene Ausbildung der Sensoraufnahme einschließlich der in der Abdeckung vorhandenen Trennwand entfällt die bisher erforderliche Dichtung, so dass die Lebensdauer des Radlagers erhöht wird bzw. die Schadenswahrscheinlichkeit verringert wird. Ferner wird der Montageaufwand verringert, da die Montage der Dichtung entfällt. Das Radlager selbst kann durch die vorgesehene Abdeckung und die für das magnetische Wechselfeld durchlässige Trennwand hermetisch gedichtet ausgeführt werden, wobei der Sensor erst nach der Montage der Abdeckung, also ohne Kontakt zu dem Schmiermittel montiert wird.
Ferner wird durch die vorgeschlagene Sensoraufnahme in der Abdeckung der konstruktive Aufbau des Radlagers vereinfacht, da der Sensor einfach zu montieren ist und insbesondere automatisch in der für seine Funktion optimalen Stellung angeordnet ist. Ferner ist für die Abdichtung des Radlagers und die Befestigung des Sensors nur ein Teil, nämlich die Abdeckung, erforderlich, welche in einem einzigen Arbeitsschritt zu montieren ist.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Trennwand aus einem metallischen, nicht-ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist. Die Verwendung von nicht-ferromagnetischem Werkstoff ist bei Magnetfeldsensoren von besonderem Vorteil, da hierdurch das Magnetfeld und damit das erzeugte Signal nicht gestört werden. Magnetfeldsensoren selbst haben sich in Radlagern besonders bewährt, da die Signalübertragung berührungslos erfolgen kann. Dadurch kann das Radlager selbst durch eine statische Dichtung hermetisch gedichtet werden. Ferner weist die vorgeschlagene Lösung den Vorteil auf, dass die Trennwand eine vergleichsweise hohe Festigkeit aufweist und sehr formtreu herstellbar ist, so dass der Sensor sehr dicht an der Trennwand und damit auch zu dem Encoder angeordnet werden kann.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Abdeckung und die Trennwand einstückig aus Kunststoff gebildet sind. Durch die vorgeschlagene Ausführungsform kann die Trennwand bei dem Spritzvorgang der Abdeckung gleich mit angespritzt werden, wobei der Kunststoff darüber hinaus den Vorteil aufweist, dass er bei der Verwendung eines Magnetfeldsensors das Magnetfeld nicht stört und ein sehr geringes Eigengewicht aufweist.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Abdeckung aus Kunststoff gebildet und durch ein Versteifungsteil mit einer höheren Festigkeit als der Kunststoff formstabilisiert ist. Die Ausbildung der Abdeckung aus Kunststoff ermöglicht eine kostengünstige Großserienfertigung und außerdem eine Gewichtsersparnis. Die Abdeckung selbst weist zwei Funktionen auf, nämlich das Radlager zu dichten und gleichzeitig den Sensor zu tragen. Aufgrund dieser Funktionen muss die Abdeckung eine bestimmte Formtreue und Festigkeit auch bei einer Dauerbelastung aufweisen. Diese Festigkeit und Formtreue kann in diesem Fall durch das Versteifungsteil erzielt werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Abdeckung in diesem Fall über das Versteifungsteil an dem Außenring des Radlagers festgelegt ist. Da das Versteifungsteil aufgrund seiner höheren Festigkeit insgesamt eine höhere Formgenauigkeit aufweist und sich selbst bei extern einwirkenden Kräften aufgrund der höheren Festigkeit weniger stark verformt, ist die Abdeckung mit dem darin angeordneten Sensor dadurch mit einer größeren Lagegenauigkeit an dem Radlager festgelegt, was insbesondere hinsichtlich der Signalgenerierung von Vorteil ist, da der Sensor dadurch wesentlich lagegenauer zu dem Encoder angeordnet werden kann.
Eine besonders formtreue Festlegung der Abdeckung und einfach abzudichtende Festlegung der Abdeckung kann dadurch erzielt werden, indem das Versteifungsteil einen über den Rand der Abdeckung vorstehenden Ringabschnitt aufweist, mit dem die Abdeckung an einem ringzylindrischen Fortsatz des Außenringes anliegt.
Das Versteifungsteil kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durch ein dünnwandiges, metallisches Umformteil gebildet sein, so dass es z.B. als Stanzteil in einem Tiefziehverfahren herstellbar ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das metallische Umformteil wenigstens einen zylindrischen Ringabschnitt aufweist und in dem Ringabschnitt zu einem radial nach außen oder nach innen vorstehenden Falzabschnitt geformt ist, und im Bereich des Falzabschnittes durch den die Abdeckung bildenden Kunststoff umspritzt ist. Durch den Falzabschnitt und die Umspritzung mit dem Kunststoff können das Versteifungsteil und der Kunststoff der Abdeckung besonders dauerhaft formschlüssig miteinander verbunden werden.
Ferner kann die Trennwand durch das Versteifungsteil gebildet sein, was insbesondere daher von Vorteil ist, da das Versteifungsteil sehr dünnwandig bei einer gleichzeitig großen Festigkeit mit einer hohen Formgenauigkeit ausgebildet werden kann und der Sensor dadurch sehr dicht an dem Encoder positionierbar ist. Das Versteifungsteil ist in diesem Fall bevorzugt aus einem metallischen, nicht-ferromagnetischen Material.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
1 Radlager mit einer Abdeckung in einer ersten Variante,
2 Radlager mit einer Abdeckung in einer zweiten Variante,
3 Radlager aus 2 in einer vergrößerten Ausschnittsdarstellung,
4 Abdeckung mit einem mit Kunststoff umspritzten Versteifungsteil,
5 Abdeckung aus einem metallischen Umformteil mit einer Sensoraufnahme.
In der 1 ist ein Radlager üblicher Bauart mit einem drehbaren Innenring 1 und einem fahrzeugfest befestigbaren, feststehenden Außenring 2 zu erkennen. Der Außenring 2 ist in bekannter Weise z.B. an einem Radträger oder an einem anderen Teil eines Fahrwerks von einem Kraftfahrzeug befestigbar, während der Innenring 1 zur Befestigung eines Rades des Kraftfahrzeuges dient. Zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 1 sind eine Vielzahl von Wälzkörpern 5 vorgesehen, welche in zwei parallel zueinander ausgerichteten Lagerringen angeordnet sind. An dem drehbaren Innenring 1 ist ferner ein Encoder 4, z.B. in Form eines verzahnten Ringes, gehalten, welcher drehfest an dem Innenring 1 befestigt ist und damit zusammen mit dem Innenring 1 und dem Rad des Kraftfahrzeuges dreht.
An dem feststehenden Außenring 2 ist eine Abdeckung 3 mit einer Sensoraufnahme 8 vorgesehen, welche in Form eines Kunststoffspritzteils hergestellt ist. Das Kunststoffspritzteil ist radial nach außen durch ein Versteifungsteil 11 formstabilisiert, welches durch ein ringförmiges, metallisches Umformteil gebildet ist und die Abdeckung 3 einen ringförmigen Flansch umfasst. Die Abdeckung 3 ist mit dem ringförmigen Flansch und dem darauf angeordneten Versteifungsteil 11 in eine Öffnung des Außenringes 2 eingeführt und liegt innenseitig an einem ringförmigen Flansch 12 des Außenringes 2 an.
Die Sensoraufnahme 8 wird bei dem Spritzvorgang der Abdeckung 3 mit angeformt und ist derart positioniert, dass sie in der Befestigungsstellung der Abdeckung dem Encoder 4 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Sensoraufnahme 8 ist ferner durch eine dünne Trennwand 7, gebildet durch eine dünne Wand des Kunststoffes der Abdeckung 3, zu dem Encoder 4 und dem Radlager hin abgeschlossen, so dass das in dem Radlager befindliche Schmiermittel weder austreten noch durch eintretende Schmutzpartikel verunreinigt werden kann. Der in der Sensoraufnahme 8 gehaltene Sensor detektiert das von dem Encoder erzeugte magnetische Wechselfeld durch die Trennwand 7 hindurch und generiert hierdurch ein elektrisches Signal, das die Drehbewegung des Rades repräsentiert.
In der 2 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung zu erkennen, bei dem ebenfalls ein Versteifungsteil 9 vorgesehen ist, welches durch ein metallisches Umformteil gebildet ist, das zu einem Topf geformt ist und gleichzeitig die die Sensoraufnahme 8 verschließende Trennwand 7 bildet.
In der 3 ist das Radlager aus der 2 in einem vergrößerten Ausschnitt der Sensoraufnahme 8 zu erkennen. Das Versteifungsteil 9 ist an seiner Seitenwand zu einem radial nach außen vorstehenden Falzabschnitt 10 geformt, welcher mit dem Kunststoff der Abdeckung 3 umspritzt ist, so dass das Versteifungsteil 9 und die Abdeckung 3 formschlüssig miteinander verbunden sind. Das Versteifungsteil 9 ist durch einen nicht-ferromagnetischen, metallischen Werkstoff gebildet. Der Encoder 4 ist durch einen Ring aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet und an seiner der Sensoraufnahme 8 zugewandten Seite z.B. mit radial nach innen ragenden Zähnen oder magnetischen Abschnitten versehen. Die Sensoraufnahme 8 ist in einem verdickten Absatz 6 der Abdeckung 3 angeordnet, welcher derart bemessen ist, dass der in der Sensoraufnahme 8 gehaltene Sensor sicher befestigt und nach außen geschützt ist.
In der 4 ist die Abdeckung 3 aus den 2 und 3 als Einzelteil zu erkennen. Die Abdeckung 3 wird mit dem Versteifungsteil 9 zusammen als Einzelteil hergestellt, indem das Versteifungsteil 9 nach der Formgebung in das Spritzwerkzeug eingelegt wird und mit dem Kunststoff der Abdeckung 3 umspritzt wird.
In der 5 ist eine Weiterentwicklung der Abdeckung 3 zu erkennen, bei der das Versteifungsteil 9 selbst die Abdeckung 3 bildet und die Sensoraufnahme 8 in Form einer Vertiefung 13 aufweist, so dass die Kunststoffumspritzung entfällt. Die Abdeckung 3 weist in diesem Fall eine zweite Vertiefung 14 mit z.B. einem Gewinde auf, in der der Sensor mittels einer Schraubverbindung an der Abdeckung 3 und damit in der Sensoraufnahme 8 fixiert werden kann.
Wichtig für die Funktion der Erfindung ist dabei insbesondere, dass die Trennwand 7 der Abdeckung 3 für das magnetische Wechselfeld zwischen dem Encoder 4 und dem Sensor durchlässig ist. Dies kann z.B. bei der Verwendung eines Magnetfeldsensors durch die Verwendung von Kunststoff oder einem nicht-ferromagnetischen Werkstoff für die Trennwand 7 verwirklicht sein.
Der Encoder 4 kann z.B. als Multipolencoder mit einer über den Umfang wechselnden Magnetisierung ausgebildet sein, was z.B. durch gleichmäßig über den Umfang verteilte Abschnitte wechselnder magnetischer Polarität verwirklicht sein kann.
Der Encoder 4 kann dabei statt der radial gerichteten Zähnen und des dadurch erzeugten axial gerichteten Magnetfeldes auch axial gerichtete Zähne aufweisen, welche bei einer entsprechenden Magnetisierung ein radial gerichtetes wechselndes Magnetfeld erzeugen.
Der Encoder 4 kann dabei selbst aktiv sein, also ein Magnetfeld erzeugen, als auch rein passiv ausgebildet sein. Sofern der Encoder passiv ausgebildet ist, wird das Signal durch die Formgebung des Encoders 4, wie z.B. durch Zähne oder eine Wellenform, erzeugt, welche während der Bewegung durch das Permanentmagnetfeld des Sensors ein von der Form und der Drehzahl des Rades abhängiges Signal erzeugt.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Außenring
3: Abdeckung
4: Encoder
5: Wälzkörper
6: Absatz
7: Trennwand
8: Sensoraufnahme
9: Versteifungsteil
10: Falzabschnitt
11: Versteifungsteil
12: Fortsatz
13: Vertiefung
14: Vertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5756894 [0001, 0001]
WO 2008/006777 A1 [0002]

Claims

Radlager mit einer Sensoraufnahme (8) zur Aufnahme eines die Drehbewegung eines Rades sensierenden Sensors mit: – einem drehbaren Innenring (1), an dem ein Rad eines Kraftfahrzeuges befestigbar ist, – einem feststehenden, fahrzeugfest befestigten Außenring (2), – einem dem drehbaren Innenring (1) zugeordneten Encoder (4), – einer an dem feststehenden Außenring (2) angeordneten Abdeckung (3), dadurch gekennzeichnet, dassdie Sensoraufnahme (8) durch eine in der Abdeckung (3) vorgesehene Vertiefung gebildet ist, welche dem Encoder (4) gegenüberliegend angeordnet und an der dem Encoder (4) zugewandten Seite durch eine für das magnetische Wechselfeld zwischen dem Encoder (4) und dem Sensor durchlässige Trennwand (7) verschlossen ist.
Radlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (7) aus einem metallischen, nicht-ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist.
Radlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (3) und die Trennwand (7) einstückig aus Kunststoff gebildet sind.
Radlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (3) aus Kunststoff gebildet und durch ein Versteifungsteil (9, 11) mit einer höheren Festigkeit als der Kunststoff formstabilisiert ist.
Radlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (3) über das Versteifungsteil (9, 11) an dem Außenring (2) des Radlagers festgelegt ist.
Radlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsteil (9, 11) einen über den Rand der Abdeckung (3) vorstehenden oder hineinragenden Ringabschnitt aufweist, mit dem die Abdeckung (3) an einen ringzylindrischen Fortsatz (12) des Außenringes (2) anliegt.
Radlager nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsteil (9, 11) durch ein dünnwandiges, metallisches Umformteil gebildet ist.
Radlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Umformteil wenigstens einen zylindrischen Ringabschnitt aufweist und in dem Ringabschnitt zu einem radial nach außen oder nach innen vorstehenden Falzabschnitt (10) geformt ist, und im Bereich des Falzabschnittes (10) durch den die Abdeckung (3) bildenden Kunststoff umspritzt ist.
Radlager nach einem der Ansprüche 4 bis 8 ohne Rückbezug auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (7) durch das Versteifungsteil (9, 11) gebildet ist.
Radlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (4) ein Multipolenconder mit einer über den Umfang wechselnden Magnetisierung ist.