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Die vorliegende Erfindung betrifft ein an einem drehbaren Bauteil eines Kraftfahrzeuges verdrehsicher gehaltenes Polrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Als Bestandteil eines Antiblockiersystems (ABS) eines Kraftfahrzeuges findet ein Polrad Verwendung, das auf ein fahrzeugseitiges, in Funktion sich drehendes Bauteil, insbesondere eine Radnabe oder eine Bremsscheibe aufgepresst ist und reibschlüssig daran gehalten wird.
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Dabei bestehen das Bauteil und das Polrad aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise das Bauteil aus Gusseisen und das Polrad aus Stahlblech, mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten.
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Da benachbart dem Polrad eine Fahrzeugbremse angeordnet ist, wird die Verbindung Bauteil/Polrad bei einer Bremsung aufgrund der entstehenden Reibungswärme entsprechend thermisch beansprucht derart, dass sich bei außenseitiger Anordnung am Bauteil das stählerne Polrad durch die größere Ausdehnung des aus Gusseisen bestehenden Bauteils (Radnabe) plastisch verformt, d.h., ausdehnt, insbesondere in radialer Richtung, so dass der Presssitz als Verbindung des Polrades mit dem Bauteil gelockert wird mit der Folge einer exzentrischen Anordnung des Polrades gegenüber dem Bauteil.
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In Konsequenz führt dies zu einer fehlerhaften Drehzahlmessung bis hin zu einem Verlust des Polrades.
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Zwar ist schon versucht worden, das Polrad an weniger thermisch beaufschlagter Stelle des Fahrzeuges anzuordnen, jedoch sind diese Überlegungen nicht zielführend, da u.a. die räumlichen Verhältnisse in den funktional möglichen Bereichen zu beengt sind, um das Polrad in gewünschter Weise zu positionieren.
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Auch ist es bekannt, Polräder durch Gießen herzustellen, so dass das ebenfalls als Gussteil ausgebildete Bauteil, namentlich die genannte Radnabe oder die Bremsscheibe und das Polrad den gleichen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Allerdings ergeben sich Probleme hinsichtlich der Standzeit, da die Polräder nach einer gewissen Betriebsdauer häufig korrodieren. Störungen und ggf. Ausfall des Drehzahlsignals können sich dadurch in der Folge ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Polrad der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass seine Funktionssicherheit verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Polrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein derart ausgebildetes Polrad ist in der Lage, die unterschiedlichen Beträge der Wärmeausdehnung in radialer Richtung des fahrzeugseitigen Bauteils einerseits und des Polrades andererseits auszugleichen, so dass die zum Stand der Technik beschriebene Gefahr einer Lockerung des Polrades vermieden wird. Naturgemäß trägt dies zu einer deutlichen Verbesserung der Funktionssicherheit des Antiblockiersystems insgesamt bei.
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Dabei ist das Polrad in an sich bekannter Weise aus einem Blechformteil gebildet, wobei die radial federnd auslenkbaren Halteelemente einstückig mit dem umfänglich in gleichem Winkelabstand zueinander verteilte Fensteröffnungen aufnehmenden Ring ausgebildet sein können oder als separate Teile, beispielsweise in Form von Klammern mit federnden Schenkeln, die einerseits am Polrad und andererseits am fahrzeugseitigen Bauteil, insbesondere der genannten Radnabe, angreifen.
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Bevorzugt besteht das Polrad, zumindest der genannte Ring, aus einem magnetisierbaren, rostfreien Stahlblech, ebenso wie die Halteelemente, so dass die Gefahr einer Korrosion auszuschließen ist.
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Durch die Erfindung besteht die Möglichkeit, das Polrad an jeder bevorzugten Stelle des Kraftfahrzeuges zu positionieren, insbesondere unabhängig von der im Bremstrieb auftretenden Reibungswärme. D.h., das Polrad ist auch nahe, also benachbart einer Fahrzeugbremse einzusetzen, wobei zur Positionierung des Polrades kein besonderer Anspruch an den Bauraum besteht, zumindest nicht hinsichtlich der auftretenden Wärmebelastung.
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Als weiteres Funktionsteil des Antiblockiersystems ist ein bezüglich des Fahrzeugs ortsfester Sensor vorgesehen, der mit dem Polrad, d.h. dessen Fensteröffnungen, korrespondiert.
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Die Anordnung des Sensors kann je nach baulichen Gegebenheiten unterschiedlich sein, entweder radial zur beispielsweise Radachse oder axial dazu. Entsprechend ist das Polrad zu modifizieren, also die Ausrichtung der Fensteröffnungen bzw. des diese aufnehmenden Ringes radial, wenn der Sensor axial liest ist oder die Ausrichtung des Ringes bzw. der Fensteröffnungen axial, wenn der Sensor radial abtastet. Auch bezüglich der Anordnung des Sensors und der damit vorgegebenen Konfiguration des Polringes besteht insoweit keine Einschränkung.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Polrad aus einem Blechband gefertigt, in das wechselweise zur einen und zur anderen Kante hin offene Fensteröffnungen eingebracht sind, vorzugsweise durch Stanzen, so dass sich ein mäanderförmiger Verlauf des verbleibenden Bandmaterials ergibt.
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Dadurch kann sich das Polrad, das zunächst als offener Ring auf das fahrzeugseitige Bauteil aufgebracht wird und danach an den beiden einander benachbarten Enden miteinander verbunden wird, beispielsweise durch Schweißen, stärker elastisch ausdehnen, ohne sich plastisch zu verformen. Denkbar ist jedoch auch die Enden vor der Montage des Polrades miteinander zu verbinden, da der gebildete Ring in gewissem Umfang dehnfähig ist.
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Vorteilhaft bei dieser Ausbildung ist die gleichmäßige Ausdehnung der Fensteröffnungen bei thermischer Belastung. Das Polrad kann sowohl am Außen- wie auch am Innenumfang der Radnabe positioniert sein, wobei zur axialen Sicherung beidseitig umlaufende Stege an der Radnabe vorgesehen sein können, zwischen denen das Polrad einliegt.
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Bei dieser Ausführungsvariante ist der Sensor so angeordnet, dass er radial abtastet.
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Eine axiale Abtastung durch den Sensor erfolgt bei einer anderen Ausbildung des Polrades, bei der der die Fensteröffnungen aufnehmende Ring radial ausgerichtet ist. Abgewinkelt dazu sind angeformte Halteelemente vorgesehen in Form von Laschen, die reibschlüssig an dem Bauteil, sprich der Radnabe, anliegen, wobei der Ring mit den jeweils umfänglich geschlossenen Fensterausschnitten abständig zur Radnabe positioniert ist, d.h. einen radialen Abstand aufweist. Auch bei dieser Konstruktion ist das freie Ende der Radnabe mit einem umlaufenden Steg versehen, an dem die Laschen zur axialen Sicherung anliegen. D.h., der Ring ist gegenüber diesem Steg, also dem freien Ende der Radnabe, axial zurückgesetzt, wodurch sich ein Schutz gegen Steinschlag ergibt.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 bis 11 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polrades in montierter Position bzw. als Einzelheit, jeweils perspektivisch dargestellt.
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In den jeweiligen Figuren a) ist in einem Ausschnitt ein Teil eines Antiblockiersystems dargestellt, mit einem montierten Polring 2, während die zugeordneten Figuren b) bis d) jeweils eine Einzelheit wiedergeben.
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In den Figuren a) ist jeweils eine Radnabe 1 eines Kraftfahrzeuges erkennbar, an der das Polrad 2 verdrehfest und axial gesichert gehalten ist. Anstelle der beispielhaft gezeigten Radnabe 1 kann das Polrad 2 auch an einem anderen drehbaren Bauteil, insbesondere einer Bremsscheibe befestigt sein.
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Das Polrad 2 weist eine Vielzahl in gleichem Winkelabstand über den Umfang verteilte und zumindest in Drehrichtung der Radnabe 1 gleich große Ausnehmungen in Form von Fensterausschnitten 4 auf.
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Gemäß der Erfindung ist das Polrad 2 gekennzeichnet durch die Befestigung an der Radnabe 1 mittels radial elastisch verformbarer Halteelemente.
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Bei dem in der 1 gezeigten Beispiel ist das Polrad 2, das als Ring 3 ausgebildet ist, aus einem Bandmaterial hergestellt, wobei wechselweise die Fensterausschnitte 4 zu den sich gegenüberliegenden Kantenseiten offen sind, so dass sich ein mäanderförmiger Verlauf unter Ausbildung von Federelementen 8 ergibt.
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Durch die mäanderförmige Ausbildung kann sich das Polrad 2 stärker elastisch ausdehnen ohne sich plastisch zu verformen. Dabei dehnen sich die Fensterausschnitte 4 in gleichem Maße aus.
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Im Beispiel ist das Polrad 2 am Außenumfang der Radnabe 1 gehalten, wobei eine axiale Sicherung durch einen Steg 6 einerseits und durch einen Anschlag 7 andererseits erfolgt.
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Ein Sensor 5 ist unmittelbar oberhalb des Polrades 2 angeordnet und korrespondiert mit dem Polrad 2 in radialer Richtung.
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Anstelle der Festlegung des Polrades 2 am Außenumfang der Radnabe 1 kann auch eine Positionierung am inneren Umfang vorgesehen sein. Im Übrigen ist in der 1b) das Polrad 2 als Einzelheit abgebildet.
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Während sich die Fensterausschnitte 4 bei dem Polrad 2 nach der 1 axial erstrecken, sind die Fensterausschnitte 4 bei dem in der 2 gezeigten Beispiel radial ausgerichtet. Hierzu sind an den Ring 3 abgewinkelte, sich axial erstreckende Laschen 9 angeformt, jeweils mit einem Vorsprung 10, der in eine umlaufende Nut der Radnabe 1 eingreift, wobei die Laschen 9 elastisch federnd, entsprechend der Erfindung sind.
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Dieses Polrad 2 insgesamt ist einstückig ausgebildet, beispielsweise als Stanz-Umformteil, gleichfalls aus einem Stahlblech hergestellt.
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In Funktion wird die Ausdehnungsdifferenz bei einer thermischen Einwirkung über die axial herausstehenden Laschen 9 kompensiert, wobei der Ring 3, etwa im stirnseitigen Endbereich der Radnabe 1, radial ausgerichtet verläuft. Im Übrigen sind die Laschen 9 radial nach innen vorgespannt, so dass sich eine reibschlüssige Verbindung zur Radnabe 1 einstellt. Zusätzlich dienen die Laschen 9 als Zentrierung für das Polrad 2.
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Eine Abwandlung dieser Konstruktion sieht vor, dass die Laschen 9 in den Innendurchmesser der Radnabe 1 eingreifen und radial nach außen vorgespannt sind. Für eine steifere Ausführung des Polrades 2 kann am äußeren Rand ein abgewinkelter umlaufender Kragen ausgeformt sein. Denkbar ist auch eine Variante, bei der die Laschen 9 dem stirnseitigen Endbereich der Radnabe 1 zugewandt angeordnet sind und der Ring 3 entsprechend axial entfernt dazu positioniert ist.
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In der 3 ist eine dazu vergleichbare Ausführung dargestellt, bei der mit den Laschen 9 vergleichbare Zungen 11 als Ausgleichselemente dienen, die ebenfalls das Polrad 2 zentrieren und durch Vorspannung reibschlüssig mit der Radnabe 1 verbinden.
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Hierbei sind die Zungen 11 ebenso wie bei dem in der 2 gezeigten Beispiel axial nach außen gerichtet, also zur endseitigen Stirnseite der Radnabe 1 hin. Ein umlaufender Steg 6, an dem die Zungenenden anliegen, dienen der axialen Sicherung des Polrades 2.
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Durch die sozusagen zurückgesetzte Anordnung des Ringes 3, vergleichbar dem Beispiel nach der 2, wird ein besserer Schutz gegen Steinschlag erreicht.
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Die äußeren freien Enden der Zungen 11 liegen an der Radnabe 1 an, während die Zungen 11 des Weiteren mit geringem Abstand zur Radnabe 1 angeordnet sind.
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In der 4 ist als weiteres Beispiel die Befestigung des Polrades 2 mittels federnder Klammern 13 abgebildet.
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Dabei weist das Polrad 2 an seinem Innenumfang Bügel 12 auf, die, in Umfangsrichtung gesehen, beidseitig sich erstreckende Arme 15 besitzen, die endseitig über Erhebungen 16 an einem umfänglichen Absatz 30 der Radnabe 1 anliegen, so dass die Arme 15 das Polrad 2 elastisch federnd zentrieren.
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Eine mittig zwischen den Armen 15 liegende Erhebung kommt erst in Kontakt mit der Radnabe 1, wenn die maximale Temperatur erreicht ist und dient zur Begrenzung von Maximalschwingungen in radialer Richtung.
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Mindestens zwei Klammern 13, von denen eine in der 4c) abgebildet ist, dienen der Fixierung des Polrades 2 in axialer und tangentialer Richtung, wobei diese Fixierung durch die Klemmkraft der Klammern 13 sichergestellt ist.
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Hierzu sind die beiden Schenkel der U-förmigen Klammern 13 aufeinander zu gerichtet unter Ausbildung jeweils einer Kröpfung 18 geformt, wobei diese Kröpfungen 18 in Vertiefungen 14 der Radnabe 1 einliegen.
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Optional kann auch ein Hinterschnitt an der Radnabe 1 als axiale Klammersicherung dienen. Denkbar ist auch eine Ausführung, bei der die Arme 15 am Außenumfang des Ringes 3 angeordnet sind, wenn das Polrad 2 im Innern der Radnabe 1 angeordnet ist.
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Die in der 5 gezeigte Variante des Polrades 2 weist ebenfalls am Innenumfang des Ringes 3 Bügel 12 auf, mit beidseitig sich erstreckenden Armen 15. Die Arme 15 dienen als radialer Ausgleich der Ausdehnungsdifferenz sowie zum Zentrieren des Polrades 2 und als vorgespannte reibschlüssige Verbindung zur Radnabe 1.
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Zur axialen Sicherung des Polrades 2 ist ein in der 5c) gezeigter Sicherungsring 19 vorgesehen, der nach Art eines Sprengrings aufbiegbar und in einer umfänglichen Nut 20 der Radnabe 1 einliegt.
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Werden die Arme 15 leicht aus der radialen Ebene herausgebogen, können sie sich am Sicherungsring 19 abstoßen und das Polrad 2 axial an die Radnabe 1 drücken, um eine eindeutige axiale Positionierung zu gewährleisten. Denkbar ist auch, die Arme 15 direkt in die Nut 20 eingreifen zu lassen, wobei dann der Sicherungsring 19 entfällt.
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Eine weitere mehrteilige Variante der Erfindung ist in der 6 erkennbar. Dabei ist das Polrad 2 als Ring 3 ausgebildet, mit mehreren am Innenumfang in gleichem Winkelabstand zueinander angeordneten Erhebungen 16, in die jeweils ein Durchbruch 21 eingebracht ist. Das Polrad 2 liegt mit diesen Erhebungen 16 an der Radnabe 1 an, während jeweils eine Klammer 13 mit einem Schenkel den zugeordneten Durchbruch 21 durchtritt, während der andere Schenkel an der inneren Mantelfläche der Radnabe 1 klemmend anliegt. Damit wird sowohl die Halterung des Polrades 2 erreicht wie auch dessen Zentrierung.
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Nach einer Ausführungsvariante dieses Beispiels wirkt die Klemmkraft nicht radial nach innen, sondern radial nach außen, wobei dann die Durchbrechungen 21 am äußeren Randbereich des Ringes 3 angeordnet sind, ebenso wie die Klammern 13.
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In den Abbildungen der 6d) und 6e) ist jeweils ein federnder Klemmring 22 dargestellt, wobei der Klemmring 22 entsprechend der 6d) als unterbrochener Blechstreifen ausgebildet ist, mit randseitig über den Umfang gleichmäßig verteilten Spannlaschen 23, die in die Durchbrechungen 21 des Ringes 3 eingreifen. Dabei liegt der Klemmring 22 reibschlüssig an der äußeren Mantelfläche der Radnabe 1 an.
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Dies ist gleichermaßen bei dem Spannring nach der 6e) der Fall, der ebenfalls mit Spannlaschen 23 versehen ist, die allerdings durch wellenförmig verlaufende Verbindungsstege 24 miteinander verbunden sind. Dabei sind die Spannlaschen 23 wechselweise so geformt, dass eine der Spannlaschen 23 in den Durchbruch 21 und die benachbarte Spannlasche 23 an der inneren Mantelfläche der Radnabe 1 klemmend anliegt, was im Übrigen auch bei der Variante nach der 6d) der Fall ist.
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In der 7 ist ein radialer Ausgleich der Ausdehnungsdifferenz durch einen Wellring 26 erreicht, der in einer an der inneren Mantelfläche der Radnabe 1 vorgesehenen Nut einliegt und sich radial nach innen an einem Schenkel 25 des Polrades 2 abstützt. Denkbar ist, den Wellring 26 ebenso wie das Polrad 2 auf die äußere Mantelfläche der Radnabe 1 aufzupressen. Zur Abstützung des Wellringes 26 ist der umlaufende Schenkel 25 des Polrades 2 abgewinkelt, wobei der Ring 3 radial ausgerichtet ist.
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Bei der in der 8 gezeigten Ausführungsvariante ist das Polrad 2 gleichfalls aus einem Band gefertigt und an den Enden zusammengeschweißt. Dies ermöglicht einen geringen Materialaufwand gegenüber anderen bekannten Polrädern.
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Durch Stanzen und Umformen werden parallel und abständig zueinander ausgebildete Zinken 27 geformt, durch deren Abstand zueinander die Fensterausschnitte 4 hergestellt sind, die einen einseitig offenen Schlitz ergeben.
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Axial und tangential ist das Polrad 2 reibschlüssig über die vorgespannten Zinken 27 mit der Radnabe 1 verbunden. Ein zusätzlicher Hinterschnitt der Radnabe 1 kann die axiale Rutschsicherheit des Polrades 2 erhöhen. Die Zinken 27 dienen weiterhin dem radialen Ausdehnungsausgleich bei erhöhter Temperatur.
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Im Beispiel ist der Sensor 5 derart positioniert, dass eine radiale Abtastung möglich ist. Das Polrad 2 ist jedoch so konzipiert, dass auch eine axiale Abtastung denkbar ist.
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Im Beispiel ist der Ring 3 an der inneren Mantelfläche der Radnabe 1 anliegend. Ein Reibschluss ist allerdings ebensowenig zwingend wie die direkte Anlage des Ringes 3 an der inneren Mantelfläche, wenn dieser geschlossen ist. Denkbar ist weiterhin, den Ring 3 an der äußeren Mantelfläche zu positionieren, so dass dann die innenseitig angeordneten Zinken 27 nicht die Begrenzung für die Fensterausschnitte 4 bilden, sondern lediglich der Klemmung dienen, während die Fensterausschnitte 4 beispielsweise durch eine zusätzliche Lochung im Ring 3 hergestellt werden.
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Die Zinken 27 können bei beiden Ausführungsvarianten gegen die Radnabe 1, bei entsprechender Ausformung vorgespannt sein. Auch besteht die Möglichkeit, dass nicht die Zinken 27, sondern eine zusätzliche Lochung im umlaufenden Band, vergleichbar der Ausführung nach 7, die Funktion der Fensteröffnungen 4 übernehmen.
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In der 9 ist eine zur 8 vergleichbare Konfiguration des Polrades 2 abgebildet, das ebenfalls aus einem Bandstahl gefertigt ist. Dabei entspricht die Formgebung bezüglich der Ausbildung der Fensterausschnitte 4 der Abbildung nach der 1, d.h., das Band ist zunächst mäanderförmig gestanzt, unter Ausbildung von Federelementen 8 und Fensterausschnitten 4.
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Durch Biegen zu einem U-förmigen Querschnitt, wie er in der 9c) erkennbar ist, ist eine Form geschaffen, durch die das Polrad 2 praktisch klammerförmig ausgebildet ist und axial und tangential reibschlüssig mit der Radnabe 1 verbunden ist. Hierzu klammern sich die ausgebildeten Federelemente 8 an den ringförmigen Ansatz der Radnabe 1.
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Beim radialen thermischen Ausdehnen der Radnabe 1 kann das Polrad 2 in Form der Klammer entsprechend mitwachsen. Auch hierbei ist eine axiale wie auch eine radiale Abtastung durch den Sensor 5 möglich.
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Als weitere Variante des Polrades 2 ist in der 10 ein Ring 3 erkennbar, der gleichfalls aus einem Bandmaterial hergestellt ist mit Fensterausschnitten 4, wobei das Polrad 2 über das stirnseitige Ende der Radnabe 1 vorsteht.
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Zur radial elastischen Anbindung an der Radnabe 1 sind Federhaken 28 angeformt, die an der inneren Mantelfläche der Radnabe 1 in einer darin vorgesehenen Nut 31 unter Vorspannung einliegen.
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Der Sensor 5 ist zur radialen Abtastung des Polrades 2 außenseitig des Polrades 2 positioniert. Denkbar ist auch, den Sensor 5 innenseitig anzuordnen.
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Wie die vorbeschriebenen Polräder 2 ist auch das in der 11 gezeigte Polrad aus einem Bandmaterial zu einem Ring geformt, wobei die beiden Enden form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
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Hierzu wird der Ring 3 vor der Stanzung der Fensterausschnitte 4 umrollliert, so dass eine gewünschte hohe Teilungsgenauigkeit beim anschließenden Stanzen der Fensterausschnitte 4 erreicht wird.
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Tangential ist das Polrad über federnde Drucklaschen 29 reibschlüssig am Außenmantel der Radnabe 1 gehalten, wobei diese Drucklaschen 29 das Polrad zentrieren und gewährleisten, dass ein Ausdehnungsausgleich möglich ist.
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Weiter besteht die Möglichkeit, die Drucklaschen 29 zur axialen Sicherung durch die radiale Vorspannung zu erreichen oder, wie im Beispiel durch einen Hinterschnitt 32.
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Um eine eindeutige axiale Position des Polrades 2 sicherzustellen, sind am äußeren umlaufenden Rand des gegenüber dem Ring 3 abgewinkelten Kragens mehrere Bögen 34 axial ausgeformt, die die Drucklaschen 29 gegen den Rand der Hinterschneidung 32 drücken.
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Bei einer weiteren Ausführung kann der abgewinkelte Kragen 33 sich axial nach außen zum stirnseitigen Endbereich der Radnabe 1 erstrecken, wobei dann die Drucklaschen 29 ebenfalls gegen die Radnabe 1 vorgespannt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radnabe
- 2
- Polrad
- 3
- Ring
- 4
- Fensterausschnitt
- 5
- Sensor
- 6
- Steg
- 7
- Anschlag
- 8
- Federelement
- 9
- Lasche
- 10
- Vorsprung
- 11
- Zunge
- 12
- Bügel
- 13
- Klammer
- 14
- Vertiefung
- 15
- Arm
- 16
- Erhebung
- 17
- Schlitz
- 18
- Kröpfung
- 19
- Sicherungsring
- 20
- Nut
- 21
- Durchbruch
- 22
- Klemmring
- 23
- Spannlaschen
- 24
- Verbindungssteg
- 25
- Schenkel
- 26
- Wellring
- 27
- Zinken
- 28
- Federhaken
- 29
- Drucklasche
- 30
- Absatz
- 31
- Nut
- 32
- Vertiefung
- 33
- Kragen
- 34
- Bogen
