DE102013220323A1 - Radlager mit Drehzahlerfassung - Google Patents

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Andreas Kaiser
Roland Langer
Florian Königer
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radlager (1) mit einer ein Rad aufnehmenden, einen Innenring (4) bildenden Nabe (3) und einem mit einem Radträger (2) verbundenen Außenring (10), zwischen Innenring (4) und Außenring (10) abwälzenden Wälzkörpern (6, 9), einer Drehzahlerfassungseinrichtung (15) zur Erfassung von Drehkennwerten des Innenrings (4) gegenüber dem Radträger (2) enthaltend einen auf dem Innenring (4) drehfest angeordneten Encoderring (18) und einen Drehkennwertimpulse des Encoderrings (18) erfassenden, drehfest aufgenommenen Drehzahlsensor (16) sowie einer am Außenring (10) angeordneten, den Innenring (4) überdeckenden Abdeckkappe (11). Um das Radlager (1) mit einer vereinfachten Fertigung und einer verbesserten Qualität der Drehzahlerfassung auszubilden, weist die Abdeckkappe (11) eine axial in Richtung der Wälzkörper (6, 9) erstreckte, den Encoderring (18) axial übergreifende Ringnut (21) und einen sich axial in die Ringnut (21) erstreckenden sensitiven Abschnitt (22) des Drehzahlsensors (16) auf.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Radlager mit einer ein Rad aufnehmenden, einen Innenring bildenden Nabe und einem mit einem Radträger verbundenen Außenring, zwischen Innenring und Außenring abwälzenden Wälzkörpern, einer Drehzahlerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Drehzahl des Innenrings gegenüber dem Radträger enthaltend einen auf dem Innenring drehfest angeordneten Encoderring und einen Drehzahlimpulse des Encoderrings erfassenden, drehfest aufgenommenen Drehzahlsensor sowie einer am Außenring angeordneten, den Innenring überdeckenden Abdeckkappe.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gattungsgemäße Radlager sind aus Anwendungen in Kraftfahrzeugen bekannt. Hierbei wird eine ein Rad aufnehmende Nabe mittels eines ein- oder zweireihigen Wälzlagers verdrehbar an einem Radträger aufgenommen. Je nach Ausbildung des Wälzlagers kann die Nabe vollständig oder einen Teil eines Innenrings bilden, während der Außenring drehfest mit dem Radträger verbunden ist. Beispielsweise werden zweireihige Radlager mit einer Lauffläche auf der Nabe und einer Lauffläche auf einem Innenlagerring vorgesehen, der nach dem Einbringen der Wälzkörper der ersten Wälzreihe und des Außenrings auf die Nabe aufgezogen und eingerollt wird. Die Drehzahl der Nabe und damit die Raddrehzahl und weitere Drehkennwerte wie Beschleunigung werden mittels einer Drehzahlerfassungseinrichtung erfasst. Beispielsweise ist aus der DE 197 10 337 A1 ein Wälzlager bekannt, bei dem mittels einer auf einem Innenring angeordneten drehenden Miniaturspule und einer drehfest und axial beabstandet angeordneten Telemetrieeinrichtung eine Drehzahl des Innenrings erfasst wird. In der DE 196 44 744 A1 wird eine drehzahlüberwachte Wälzlagerung offenbart, bei der ein Encoderring auf dem Innenring angeordnet ist und axial beabstandet ein Drehzahlsensor von einer Drehung des Innenrings abhängige magnetische Impulse des Encoderrings erfasst. Zwischen dem Encoderring und dem Drehzahlring ist ein ringförmiges, an dem drehfest angeordneten Außenring befestigtes und mittels einer Dichtlippe einen dynamischen Dichtkontakt zu dem Innenring ausbildendes Abdeckteil vorgesehen. Aufgrund der axialen Erfassung der Encodersignale können bedingt durch axiale Positionstoleranzen zwischen Drehzahlsensor und Encoder sowie dynamischen Verformungen zwischen Radträger und Radlager Änderungen an dem magnetischen Spalt zwischen Encoderoberfläche und aktivem Messelement des Drehzahlsensors auftreten. Dies kann eine Auslegung der Sensor-Encoder-Schnittstelle aufwendig gestalten. Um beispielsweise bei Verwendung von Multipolencoderringen eine ausreichende Übertragung der Signale zu erzielen, muss auf starke und kostenintensive magnetische Werkstoffe zurückgegriffen werden, um die für alle Positionstoleranzen ausreichende magnetische Signalstärke zu erzielen.
  • Aus der DE 10 2011 080 741 A1 ist ein Wälzlager mit einer Drehzahlerfassungseinrichtung bekannt, bei dem ein Encoderring eine aktive Encoderfläche radial außen aufweist und der Drehzahlsensor von radial außen über eine Ausnehmung an dem Außenring von radial außen gegenüber der aktiven Encoderfläche angeordnet ist. Die Herstellung eines derartigen Wälzlagers ist durch die Ausbildung erschwert. Desweiten muss im Bereich des Drehzahlsensors, des Außenrings und einem Abdeckteil gegen Verschmutzung des Innenbereichs des Wälzlagers eine separate, aufwendige Abdichtung vorgesehen werden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Radlager mit Drehzahlerfassung vorzuschlagen, das eine zuverlässige, einfache und schmutzgeschützte Ausbildung einer Schnittstelle zwischen einem Drehzahlsensor und einem Encoderring ermöglicht.
  • Allgemeine Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands wieder.
  • Das vorgeschlagene Radlager enthält eine ein Rad aufnehmende, einen Innenring bildende Nabe und einen mit einem Radträger verbundenen Außenring sowie zwischen Innenring und Außenring beispielsweise zweireihig abwälzende Wälzkörper. Zur Erfassung von Drehkennwerten wie Drehzahl, Drehgeschwindigkeit, Drehwinkel, Drehbeschleunigung und dergleichen einer Relativverdrehung zwischen Außenring und Innenring ist eine Drehzahlerfassungseinrichtung vorgesehen, die einen auf dem Innenring drehfest angeordneten Encoderring und einen Drehzahlimpulse des Encoderrings erfassenden, drehfest aufgenommenen Drehzahlsensor enthält. Zwischen Encoderring und Drehzahlsensor ist eine am Außenring angeordnete, den Innenring abdeckende und damit das Radlager einseitig verschließende Abdeckkappe vorgesehen. Die Abdeckkappe weist eine axial in Richtung der Wälzkörper erstreckte, also in die Abdeckkappe beispielsweise eingeformte Ringnut auf, die zumindest einen aktiven Teil des Encoderrings axial überschneidet oder übergreift. In vorteilhafter Weise ist ein sensitiver Abschnitt des Drehzahlsensors so ausgebildet, dass dieser axial in die Ringnut eingreift. Hierdurch kann trotz einfach ausgebildeter Abdeckkappe und Verwendung eines beispielsweise in Serie hergestellten und nicht speziell adaptierten Drehzahlsensors unter Ausbildung eines neutralen Bauraums des Radlagers ohne Erweiterung des axialen Bauraums zwischen einer Abschlusskante des Außenrings und des Innenrings ein besonders enger Abstand der aktiven Oberfläche des Encoders und des sensitiven Abschnitts des Drehzahlsensors in bevorzugt radialer Ausrichtung vorgeschlagen werden. Das Radlager ist insbesondere für Anwendungen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Es versteht sich, dass von der Erfindung auch Wälzlageranwendungen, die nicht ausdrücklich für die Aufnahme eines Rads vorgesehen sind, umfasst sind. Insoweit umfassen die Begriffe Rad und Radträger alle gegeneinander unter Verwendung des Radlagers verdrehbaren Systeme.
  • In bevorzugter Weise ist eine drehzahlimpulsbildende Umfangsfläche des Encoderrings vorgesehen, die von dem sensitiven Abschnitt des Drehzahlsensors radial abgetastet wird. Hierbei kann die Umfangsfläche an einem Innenumfang und/oder einem Außenumfang eines axial ausgerichteten Abschnitts des Encoderrings vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Encoderring im Querschnitt U-förmig ausgebildet sein, wobei die Umfangsfläche an einem Innenumfang und/oder Außenumfang eines der Schenkel des Encoderrings vorgesehen ist. Mittels eines radial inneren Schenkels kann dabei der Encoderring an dem Innenring aufgeschrumpft, aufgepresst oder in anderer Weise axial kalibriert und drehfest aufgenommen sein. Grundsätzlich sind für die Ausbildung der Drehzahlsensoreinrichtung Paarungen einer oder mehrerer aktiver Oberflächen des Encoderrings und eines auf diese sensitiv reagierenden Abschnitts des Drehzahlsensors geeignet. Um eine sensitive Schnittstelle trotz der dazwischen angeordneten Abdeckkappe wirksam auszubilden, hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine drehimpulsgebende Fläche wie Umfangsfläche aus über den Umfang abwechselnden Polen oder einer ferromagnetischen Struktur gebildet ist. Hierbei kann zur Erhöhung der Auflösung der Drehkennwerte eine Mehrpolschicht aus mehreren nebeneinander angeordneten, beispielsweise gegeneinander phasenverschobenen und/oder über den Umfang unregelmäßig verteilten Strukturen vorgesehen sein, wobei jeweils eine Struktur von einem Bereich des sensitiven Abschnitts des Drehzahlsensors quasi mehrkanalig erfasst wird.
  • Um beispielsweise das Radlager unabhängig von dem Drehzahlsensor wechseln zu können beziehungsweise das Radlager unabhängig von dem Drehzahlsensor ausbilden zu können, ist der Drehzahlsensor an dem Radträger aufgenommen. Hierbei können Drehzahlsensor und Außenring in einem gemeinsamen radialen Bereich radial außerhalb der Wälzkörper an dem Radträger befestigt sein, um eine Toleranzkette minimal zu halten. Um die Abdeckkappe besonders einfach ausbilden zu können und während der Montage keine winkelabhängige Orientierung vorsehen zu müssen, ist die Abdeckkappe in besonders vorteilhafter Weise rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Abdeckkappe kann im Weiteren radial außen einen axialen, an einer Schulter des Außenrings axial anschlagenden Ansatz aufweisen und damit auf einer kalibrierten Position angeordnet werden.
  • In vorteilhafter Weise ist die Ringnut auf radialer Höhe der Wälzkörper vorgesehen, so dass der Platzbedarf des Encoderrings und des in die Ringnut axial eingreifenden sensitiven Abschnitts des Drehzahlsensors in einem weniger Bauraum beanspruchenden Teil des Radlagers vorgesehen werden kann. Auf diese Weise kann der sensitive Abschnitt des Drehzahlsensors eine axiale Abschlusskante des Außenrings überschneiden.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch ein Radlager mit einer Abdeckkappe und einem in eine Ringnut der Abdeckkappe axial eingreifenden Drehzahlsensor,
  • 2 einen Schnitt durch ein dem Radlager der 1 ähnliches Radlager mit einer geänderten Sensoranordnung mit radial innen am Radträger befestigtem Drehzahlsensor
    und
  • 3 einen Schnitt durch ein den Radlagern der 1 und 2 ähnliches Radlager mit einem an einer axial erweiterten Abdeckkappe befestigten Drehzahlsensor.
  • Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • Die 1 zeigt das an dem nur schematisch dargestellten Radträger 2 angeordnete Radlager 1 im Schnitt. Die ein nicht dargestelltes Rad aufnehmende Nabe 3 bildet den Innenring 4 mit der Laufbahn 5 für die Wälzkörper 6 einer ersten Wälzkörperreihe und den aufgenommenen Lagerring 7 mit der Laufbahn 8 für die Wälzkörper 9 einer zweiten Wälzkörperreihe. Die Nabe 3 ist verdrehbar und axial fest gegenüber dem mit den Wälzkörpern 6, 9 wälzenden und fest an dem Radträger 2 aufgenommenen Außenring 10 angeordnet. An dem Außenring 10 ist die bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildete Abdeckkappe 11 fest aufgenommen. Hierzu weist die Abdeckkappe radial außen den axialen Ansatz 12 auf, der an der radial nach innen erweiterten Schulter 13 des Außenrings 10 anschlägt und damit axial exakt positioniert ist.
  • Die Verdrehung zwischen Innenring 4 und Außenring 10, also die Drehkennwerte wie Drehwinkel, Drehzahl, Drehgeschwindigkeit, Drehbeschleunigung und dergleichen der Nabe 3 gegenüber dem Radträger 2 werden mittels der Drehzahlerfassungseinrichtung 15 erfasst. Diese ist aus dem außerhalb der Abdeckkappe 11 fest an dem Radträger 2 aufgenommenen Drehzahlsensor 16 und dem radial innerhalb der Abdeckkappe 11 im Wälzraum 17 der Wälzkörper 6, 9 angeordneten Encoderring 18 gebildet. Der Encoderring 18 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und mittels des radial inneren Schenkels 19 drehfest mit dem drehfest mit der Nabe 3 verbundenen Lagerring 7 verbunden und daher dem Innenring 4 zugeordnet. Radial innerhalb des äußeren Schenkels 20 des Encoderrings 18 weist die Abdeckkappe 11 die axial in Richtung der Wälzkörper 9 und auf radialer Höhe dieser eingeprägte Ringnut 21 auf. In die Ringnut 21 greift der sensitive Abschnitt 22 des Drehzahlsensors 16 ein, so dass dessen sensitive Fläche oder Flächen 23, 24 radial den Umfangsflächen 25, 26 wie Innenumfang des Schenkels 20 und Außenumfang des Schenkels 19 gegenüberstehen. An einer oder beiden Umfangsflächen 25, 26 sind aktive Oberflächen wie magnetische Pole oder ferromagnetische Strukturen vorgesehen, die über den Umfang variieren, so dass von dem Drehzahlsensor 16 bei Verdrehung des Encoderrings 18 inkrementelle Impulse erfasst werden, anhand derer die Drehkennwerte der Nabe 3 erfasst und ermittelt werden.
  • Der Drehzahlsensor 16 ist im Wesentlichen auf gleicher radialer Höhe wie der Außenring 10 an dem Radträger 2 befestigt, so dass die Toleranzkette entsprechend gering ausfällt und der sensitive Abschnitt 22 gegenüber der Ringnut 21 exakt positioniert werden kann.
  • Die 2 zeigt das Radlager 1a im Schnitt. Hierbei ist der im Wesentlichen mit dem Drehzahlsensor 16 der 1 baugleiche Drehzahlsensor 16a um 180° verdreht, so dass dieser mit seiner nach radial innen weisenden Lasche 27a an dem nicht dargestellten Radträger befestigt ist. Hierbei überschneidet der sensitive Abschnitt 22a mit der sensitiven Fläche 23a die Ringnut 21a der Abdeckkappe 11a axial. Die Abdeckkappe 11a ist radial außen mittels des Ringbords 28a axial korrekt beabstandet und drehfest an dem axialen Ansatz 12a des Außenrings aufgenommen, beispielsweise aufgepresst. Der Encoderring 18a ist drehfest mittels des Schenkels 19a an dem Lagerring 7a des Innenrings 4a aufgenommen und dreht damit mit der Nabe 3a. Der radial nach innen erweiterte Schenkel 20a des Encoderrings 18a bildet einen axialen Anschlag für den Encoderring 18a an dem Lagerring 7a. Die sensitive Fläche 24a des Encoderrings 18a ist an dem Schenkel 19a angeordnet und überschneidet die Ringnut 21a der Abdeckkappe 11a und überlappt damit die sensitive Fläche 23a des Drehzahlsensors 16a axial, so dass dieser bei Verdrehung der Nabe 3a entsprechend angeregt wird und auf diese Weise die Drehkennwerte der Nabe 3 erfasst.
  • Die 3 zeigt einen Schnitt durch das dem Radlager 1a der 2 ähnliche Radlager 1b mit dem ebenfalls radial innen an der Lasche 27b befestigten Drehzahlsensor 16b. Im Gegensatz zu dem Radlager 1a der 1 ist der Drehzahlsensor 16b an der Abdeckkappe 11b aufgenommen. Hierzu ist deren Boden 30b von dem Ringbord 31b des Innenrings 4b axial so beabstandet, dass die Einformung 32b der Abdeckkappe 11b zur Aufnahme der Befestigungsschraube 33b zur Befestigung des Drehzahlsensors 16b untergebracht werden kann. Die Abdeckkappe 11b ist entsprechend der Abdeckkappe 11a an dem Außenring 10b befestigt. Encoderring 18b und Drehzahlsensor 16b sind im Wesentlichen baugleich mit dem Encoderring 18a und dem Drehzahlsensor 16a der 2 und in ähnlicher Weise angeordnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Radlager
    1a
    Radlager
    1b
    Radlager
    2
    Radträger
    3
    Nabe
    3a
    Nabe
    4
    Innenring
    4a
    Innenring
    4b
    Innenring
    5
    Laufbahn
    6
    Wälzkörper
    7
    Lagerring
    7a
    Lagerring
    8
    Laufbahn
    9
    Wälzkörper
    10
    Außenring
    10a
    Außenring
    10b
    Außenring
    11
    Abdeckkappe
    11a
    Abdeckkappe
    11b
    Abdeckkappe
    12
    axialer Ansatz
    12a
    axialer Ansatz
    13
    Schulter
    15
    Drehzahlerfassungseinrichtung
    16
    Drehzahlsensor
    16a
    Drehzahlsensor
    16b
    Drehzahlsensor
    17
    Wälzraum
    18
    Encoderring
    18a
    Encoderring
    18b
    Encoderring
    19
    Schenkel
    19a
    Schenkel
    20
    Schenkel
    20a
    Schenkel
    21
    Ringnut
    21a
    Ringnut
    22
    sensitiver Abschnitt
    22a
    sensitiver Abschnitt
    23
    sensitive Fläche
    23a
    sensitive Fläche
    24
    sensitive Fläche
    24a
    sensitive Fläche
    25
    Umfangsfläche
    26
    Umfangsfläche
    27a
    Lasche
    27b
    Lasche
    28a
    Ringbord
    30b
    Boden
    31b
    Ringbord
    32b
    Einformung
    33b
    Befestigungsschraube
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19710337 A1 [0002]
    • DE 19644744 A1 [0002]
    • DE 102011080741 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Radlager (1, 1a, 1b) mit einer ein Rad aufnehmenden, einen Innenring (4, 4a, 4b) bildenden Nabe (3, 3a) und einem mit einem Radträger (2) verbundenen Außenring (10, 10, 10a), zwischen Innenring (4, 4a, 4b) und Außenring (10, 10a, 10b) abwälzenden Wälzkörpern (6, 9), einer Drehzahlerfassungseinrichtung (15) zur Erfassung von Drehkennwerten des Innenrings (4, 4a, 4b) gegenüber dem Radträger (2) enthaltend einen auf dem Innenring (4, 4a, 4b) drehfest angeordneten Encoderring (18, 18a, 18b) und einen Drehkennwerteimpulse des Encoderrings (18, 18a, 18b) erfassenden, drehfest aufgenommenen Drehzahlsensor (16, 16a, 16b) sowie einer am Außenring (10, 10a, 10b) angeordneten, den Innenring (4, 4a, 4b) überdeckenden Abdeckkappe (11, 11a, 11b), dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkappe (11, 11a, 11b) eine axial in Richtung der Wälzkörper (6, 9) erstreckte, den Encoderring (18, 18a, 18b) axial übergreifende Ringnut (21, 21a) und einen sich in die Ringnut (21, 21a) axial erstreckenden sensitiven Abschnitt (22, 22a) des Drehzahlsensors (16, 16a, 16b) aufweist.
  2. Radlager (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoderring (18, 18a, 18b) eine drehzahlabhängig impulsbildende Umfangsfläche (25, 26) aufweist und der sensitive Abschnitt (22, 22a) die Umfangsfläche (25, 26) radial abtastet.
  3. Radlager (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoderring (18) im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und die Umfangsfläche (25, 26) an einem Innenumfang oder Außenumfang eines der Schenkel (19, 20) des Encoderrings (18) vorgesehen ist.
  4. Radlager (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoderring (18a, 18b) im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist und ein radial nach innen erweiterter Schenkel (20a) einen axialen Anschlag bildet und der andere axial ausgerichtete Schenkel (19a) die sensitive Fläche (24a) aufweist.
  5. Radlager (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (16, 16a) an dem Radträger (2) aufgenommen ist.
  6. Radlager (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlsensor (16b) an der Abdeckkappe (11b) aufgenommen ist.
  7. Radlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkappe (11) radial außen einen an einer Schulter (13) des Außenrings (10) axial anschlagenden, die Abdeckkappe (11) gegenüber dem Außenring (10) axial positionierenden Ansatz (12) aufweist.
  8. Radlager (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckkappe (11a, 11b) radial außen an einem axialen Ansatz (12a) des Außenrings (10a, 10b) aufgenommen und mittels eines Ringbords (28a) axial an dem Ansatz (12a) angestützt ist.
  9. Radlager (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der sensitive Abschnitt (22, 22a) des Drehzahlsensors (16, 16a, 16b) eine axiale Abschlusskante des Außenrings (10, 10a, 10b) überschneidet.
  10. Radlager (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Drehzahlsensor (16) und Außenring (10) in einem gemeinsamen radialen Bereich radial außerhalb der Wälzkörper (6, 9) an dem Radträger (2) befestigt sind.
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