DE102014208381A1

DE102014208381A1 - Radlager

Info

Publication number: DE102014208381A1
Application number: DE102014208381.8A
Authority: DE
Inventors: Darius Dlugai; Manfred Kraus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Radlager (1), das aus einem nicht rotierenden Außenteil (3) und einem rotierenden Innenteil (4) aufgebaut ist. Zwischen dem Außenteil (3) und dem Innenteil (4) sind mindestens ein erstes Wälzlager (6) und mindestens ein zweites Wälzlager (7) vorgesehen. Ein Beschleunigungssensor (10) sitzt auf einer Hülse (28), die dem nicht rotierenden Außenteil (3) zugeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Radlager. Das Radlager umfasst einen nicht rotierenden Außenteil und einen rotierenden Innenteil. Zwischen dem Außenteil und dem Innenteil ist mindestens ein erstes Wälzlager und ein zweites Wälzlager vorgesehen.
Hintergrund der Erfindung
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 003 703 A1 offenbart eine Messeinrichtung zur Bestimmung einer Betriebszustandsgröße eines rotierenden Bauteils. Die Messeinrichtung dient zur Erfassung der Rotationsbewegung einer Welle, die mit Hilfe eines Wälzlagers an einem Gestell befestigt ist. Zwischen dem Außenring und dem Innenring des Lagers ist ein Enkoderring vorgesehen. Der Enkoderring kann ebenfalls zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden. Hierzu werden die Signale des Magnetfeldsensors an eine Energiewandeleinheit geleitet, um die Rotationsenergie in elektrische Energie zu wandeln.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 42 13 222 A1 offenbart ein Verfahren zur Erfassung der Rauigkeit einer Fahrbahnoberfläche. Um die Rauigkeit der Fahrbahnoberfläche zu erfassen, wird an der Radaufhängung ein in vertikaler Richtung messender Beschleunigungssensor angeordnet. Mit dem Beschleunigungssensor soll es möglich sein, die auftretenden Schwingungen zu erfassen und für ein die Rauigkeit der Fahrbahn charakteristischen Frequenzbereich, vorzugsweise im Bereich von 70 bis 120 Hz., die mittlere Intensität zu bestimmen. Neben der Bestimmung der Rauigkeit kann auch der Oberflächentyp der Fahrbahn bestimmt werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 076 232 A1 offenbart einen Rotationssensor für das Rad und einen Beschleunigungssensor zur Bestimmung einer möglichen Unwucht des Rades. Die Drehgeschwindigkeit des Rades wird hierbei mit der Beschleunigungsinformation vom Beschleunigungssensor an der Radachse verbunden. Falls sich ein bestimmtes Beschleunigungsmuster über mehrere Umdrehungen des Rades wiederholt, ist dies ein Anzeichen für eine Unwucht des Rades.
Das europäische Patent EP 1 342 633 B1 offenbart eine Dreherkennungsvorrichtung und ein Antiblockierbremssystem mit einer solchen Vorrichtung. Die Rotationserkennungsvorrichtung umfasst einen Stromgenerator, der mit einer Stromversorgungsschaltung verbunden ist, um den mit dem Stromgenerator erzeugten elektrischen Strom als Stromquelle für den mindestens einen Magnetsensor zu verwenden. Der Sensor bzw. der Stromgenerator sind dabei auf der dem Radflansch abgewandten Seite des Radlagers angeordnet.
Die französische Patentanmeldung FR 2 852 693 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Beschleunigungssensor, der kontinuierlich Signale an ein Verarbeitungssystem sendet. Das Verarbeitungssystem vergleicht die kontinuierlich eintreffenden Signale mit einem Standard eines charakteristischen Lagers. Das Verarbeitungssystem überträgt die Signale an eine Warneinheit und eliminiert dabei die störenden Signale, welche von dem Untergrund aufgrund eines plötzlichen Schocks, wie z. B. eines Steins, herrühren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radlager zu schaffen, mit dem es möglich ist, zuverlässig die Unwucht in einem Reifen zu erfassen. Hinzu kommt, dass es mit der Erfindung möglich sein soll, dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs eine Anzeige zu liefern, welches Rad eine Unwucht aufweist, oder ob das Signal von einem Höhenschlag herrührt.
Die Aufgabe wird durch ein Radlager gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Das Radlager gemäß der Erfindung besteht aus einem nicht rotierenden Außenteil und einem rotierenden Innenteil. Zwischen dem nicht rotierenden Außenteil und dem rotierenden Innenteil ist mindestens ein erstes Wälzlager und mindestens ein zweites Wälzlager vorgesehen, um eine möglichst reibungsfreie Rotation zwischen dem nicht rotierenden Außenteil und dem rotierenden Innenteil zu ermöglichen. Das rotierende Innenteil trägt ferner einen Radflansch, an dem das Rad des Kraftfahrzeugs mittels mehrerer Schrauben befestigt werden kann. Dem nicht rotierendem Außenteil ist dabei ein Beschleunigungssensor zugeordnet, mit dem es möglich ist, eine Massenbeschleunigung des jeweiligen Rades zu erfassen. Diese Massenbeschleunigung kann z. B. durch eine Unwucht im Reifen, welche durch schlechtes Auswuchten, oder durch den Verlust eines Ausgleichsgewichts herrührt, verursacht werden. Um eine Aussage zu treffen, ob die von dem Beschleunigungssensor erfasste Massenbeschleunigung von einer Unwucht, einem Höhenschlag oder von Fahrbahnunebenheiten herrührt, werden die vom Beschleunigungssensor erfassten Signale an einen zentralen Empfänger im Kraftfahrzeug weitergeleitet.
Es ist selbstverständlich, dass für die Erfassung der Unwucht in einem Reifen jedes Radlager eines jeden Reifens eines Kraftfahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor ausgestattet sein muss. Der Beschleunigungssensor ist dabei derart am nicht rotierenden Außenteil angebracht, dass er einem Radflansch des rotierenden Innenteils gegenüberliegt. Der Beschleunigungssensor ist somit in dem Radlager integriert und wird zusammen mit dem Radlager als Baueinheit im Kraftfahrzeug verbaut.
Ebenso ist im Radlager eine Stromversorgung für den Beschleunigungssensor im Bereich des Radflansches ausgebildet. Hierzu ist das rotierende Innenteil mit einem radialen Blechelement im Bereich des Radflansches versehen. Bei dem zusammengebauten Radlager befindet sich somit das Blechelement im Bereich des Beschleunigungssensors sowie dessen Elemente, die für die Stromversorgung des Beschleunigungssensors verantwortlich sind. Somit ist nicht nur der Beschleunigungssensor, sondern auch dessen Stromversorgung im Radlager integriert.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst das radiale Blechelement eine Vielzahl von Löchern, die am radialen Umfang des Blechelements angeordnet sind. Bei der Drehung des Rades drehen diese Löcher an der Stromversorgung für den Beschleunigungssensor vorbei und führen somit zur Erzeugung von elektrischer Energie in der Stromversorgung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt das rotierende Innenteil mindestens einen Permanentmagneten, der sich ebenfalls bei dem zusammengebauten Radlager im Bereich des Beschleunigungssensors und dessen Stromversorgung befindet. Somit ist es ebenfalls möglich, durch den sich bewegenden Permanentmagneten eine Änderung des magnetischen Flusses im Bereich der Stromversorgung zu erzeugen, welcher letztendlich zu einer elektrischen Energie führt, die für die Stromversorgung des Beschleunigungssensors herangezogen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Permanentmagnete radial und gleich verteilt in einem Träger angeordnet. Der Träger sitzt dabei am rotierenden Innenteil im Bereich des Radflansches und bewegt sich bei Drehung des Rades an der Stromversorgung für den Beschleunigungssensor vorbei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem Fahrzeug ein zentraler Empfänger vorgesehen, der die von den Beschleunigungssensoren der jeweiligen Radlager generierten Signale empfängt und auswertet und so letztendlich einem Fahrer eine Anzeige liefert, ob und welches Rad eine Unwucht aufweist. Ferner könne die mit dem Beschleunigungssensor gemessenen Signale für weitere Sicherheitssysteme, wie z. B. ESP, regelbarer Wankstabilisierung oder dynamischer Dämpferregelung verwendet werden.
Die Signale von den Beschleunigungssensoren können an den zentralen Empfänger über ein Kabel übertragen werden. Ebenso ist es möglich, dass die Signale von den Beschleunigungssensoren an den zentralen Empfänger mittels einer drahtlosen Verbindung übertragen werden.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Radlagers im Teilschnitt;
2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Zuordnung des Beschleunigungssensors zu einem Blechelement, das zur Stromerzeugung dient;
3 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Zuordnung des Beschleunigungssensors zu einem Träger mit Permanentmagneten, der ebenfalls zur Stromerzeugung für den Beschleunigungssensor dient;
4 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Signale des Beschleunigungssensors drahtlos übertragen werden; und
5 eine weitere Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Signale vom Beschleunigungssensor mittels eines Kabels übertragen werden.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Radlagers 1 im Teilschnitt. Das Radlager 1 besteht aus einem nicht rotierenden Außenteil 3 und einem rotierenden Innenteil 4. Das rotierende Innenteil 4 trägt ferner den Radflansch 12, an dem ein nicht dargestelltes Rad eines Kraftfahrzeugs mittels mehrerer Schrauben angebracht werden kann. Zwischen dem nicht rotierenden Außenteil 3 und dem rotierenden Innenteil 4 ist mindestens ein erstes Wälzlager 6 und mindestens ein zweites Wälzlager 7 vorgesehen. In der Regel ist das mindestens eine erste Wälzlager 6 und das mindestens eine zweite Wälzlager 7 als Schrägkugellager ausgebildet. Im Bereich des Radflansches 12 trägt das nicht rotierende Außenteil 3 einen Beschleunigungssensor 10. Der Beschleunigungssensor 10 sitzt auf einer Hülse 28, die den nicht rotierenden Außenteil 3 im Bereich des Radflansches 12 umgibt. Dem Beschleunigungssensor 10 ist ferner eine Stromversorgung 14 zugeordnet. Somit ist der Beschleunigungssensor 10 und die Stromversorgung 14 im Radlager 1 integriert. Dies hat den besonderen Vorteil, dass das Radlager 1 als Baueinheit im Kraftfahrzeug verbaut werden kann.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform trägt der Radflansch 12 ein radiales Blechteil 16 oder einen radialen Träger 15. Mit der rotierenden Bewegung des rotierenden Innenteils 4 rotiert somit das radiale Blechteil 16 oder der radiale Träger 15 an der Stromversorgung 14 für den Beschleunigungssensor 10 vorbei und erzeugt somit in der Stromversorgung 14 die erforderliche elektrische Energie für den Beschleunigungssensor 10.
2 zeigt eine erste Ausführungsform des Beschleunigungssensors 10 mit Stromversorgung 14. Wie bereits in der Beschreibung zu 1 erwähnt, ist der Beschleunigungssensor 10 mit der Stromversorgung 14 an einer Hülse 28 angebracht. Die Hülse 28 sitzt drehfest am nicht rotierenden Außenteil 3 des Radlagers 1. Das radiale Blechteil 16 ist entweder mit dem Radflansch 12 oder dem rotierenden Innenteil 4 des Radlagers 1 verbunden. Das radiale Blechteil 16 besitzt in der in 2 dargestellten Ausführungsform mehrere Löcher 18, die hier als Rechtecke ausgebildet sind. Durch die Rotationsbewegung des radialen Blechteils 16 wird in der Stromversorgung 14 eine Spannung induziert, die für die elektrische Stromversorgung des Beschleunigungssensors 10 dient.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Stromversorgung 14 für den Beschleunigungssensor 10. Hier ist ein radialer Träger 15 vorgesehen, der eine Vielzahl von Permanentmagneten 20 trägt. Durch die Rotationsbewegung des rotierenden Innenteils 4 drehen sich somit die Permanentmagnete 20 des Trägers 15 an der Stromversorgung 14 vorbei, so dass der sich ähnelnde magnetische Fluss in der Stromversorgung 14 eine Spannung induziert. Aus der induzierten Spannung wird eine elektrische Energie gewonnen, die für die Stromversorgung des Beschleunigungssensors 10 herangezogen werden kann.
4 und 5 zeigen Ausführungsformen der Verwendung des erfindungsgemäßen Radlagers 1 in einem Kraftfahrzeug 2. Das Kraftfahrzeug besitzt einen zentralen Empfänger 22, der u. a. auch die von den Beschleunigungssensoren 10 gelieferten Signale verrechnet und daraus entsprechende Aktionen für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 2 ableitet. Wie bereits erwähnt, hat jedes Radlager 1 des Kraftfahrzeugs 2 einen Beschleunigungssensor 10 integriert. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform werden die vom Beschleunigungssensor 10 des Radlagers 1 erzeugten Signale mittels einer drahtlosen Verbindung 26 an den zentralen Empfänger 22 übermittelt. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform werden die vom Beschleunigungssensor 10 des Radlagers 1 ermittelten Signale mittels eines Kabels 24 an den zentralen Empfänger 22 übermittelt. Eine drahtlose Übermittlung der Signale des Beschleunigungssensors 10 ist von Vorteil, da beim Einbau bzw. Verbau des Radlagers 1 keinerlei Kabelverbindungen hergestellt werden müssen.
Bezugszeichenliste

1: Radlager
2: Kraftfahrzeug
3: nicht rotierendes Außenteil
4: rotierendes Innenteil
6: erstes Wälzlager
7: zweites Wälzlager
10: Beschleunigungssensor
12: Radflansch
14: Stromversorgung
15: Träger
16: radiales Blechelement
18: Löcher
20: Permanentmagnet
22: Empfänger
24: Kabel
26: drahtlose Verbindung
28: Hülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011003703 A1 [0002]
DE 4213222 A1 [0003]
EP 1076232 A1 [0004]
EP 1342633 B1 [0005]
FR 2852693 A1 [0006]

Claims

Radlager (1) aus einem nicht rotierenden Außenteil (3) und einem rotierenden Innenteil (4), wobei zwischen dem Außenteil (3) und dem Innenteil (4) mindestens ein erstes Wälzlager (6) und mindestens ein zweites Wälzlager (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschleunigungssensor (10) auf einer Hülse (28) sitzt, die dem nicht rotierenden Außenteil (3) zugeordnet ist.
Radlager (1) nach Anspruch 1, wobei der Beschleunigungssensor (10) derart am nicht rotierenden Außenteil (3) angebracht ist, dass er einem Radflansch (12) des rotierenden Innenteils (4) gegenüberliegt.
Radlager (1) nach Anspruch 1, wobei eine Stromversorgung (14) im Radlager (1) für den Beschleunigungssensor (10) im Bereich des Radflansches (12) ausgebildet ist.
Radlager (1) nach Anspruch 3, wobei das rotierende Innenteil (4) mit einem radialen Blechelement (16) im Bereich des Radflansches (12) versehen ist, das sich bei dem zusammengebauten Radlager (1) im Bereich des Beschleunigungssensors (10) und dessen Stromversorgung (14) befindet.
Radlager (1) nach Anspruch 4, wobei das radiale Blechelement (16) eine Vielzahl von Löchern (18) ausgebildet hat, die am Umfang des radialen Blechelements (16) angeordnet sind.
Radlager (1) nach Anspruch 3, wobei das rotierende Innenteil (4) mit mindestens einem Permanentmagneten (20) versehen ist, der sich bei dem zusammengebauten Radlager (1) im Bereich des Beschleunigungssensors (10) und dessen Stromversorgung (14) befindet.
Radlager (1) nach Anspruch 6, wobei mehrere Permanentmagnete (20) radial und gleich verteilt in einem Träger (15) sitzen, der am rotierenden Innenteil (4) im Bereich des Radflansches (12) des Radlagers (1) sitzt.
Radlager (1) nach einen der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem Kraftfahrzeug (2) ein zentraler Empfänger (22) vorgesehen ist, der die vom Beschleunigungsensor (10) generierten Signale empfängt und auswertet.
Radlager (1) nach Anspruch 8, wobei der Beschleunigungsensor (10) mit dem zentralen Empfänger (22) über ein Kabel (24) verbunden ist.
Radlager (1) nach Anspruch 8, wobei der Beschleunigungsensor (10) mit dem zentralen Empfänger (22) über eine drahtlose Verbindung (26) verbunden ist.