DE102017114642A1

DE102017114642A1 - Radsatzlagereinheit mit Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102017114642A1
Application number: DE102017114642.3A
Authority: DE
Inventors: Florian Gilles; Andreas Ort
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2018-07-19

Abstract

Eine Radsatzlagereinheit für ein Schienenfahrzeug umfasst ein Wälzlager (3), welches einen rotierenden Innenring (4) und einen nicht rotierenden Außenring (5) aufweist, sowie eine das Wälzlager (3) stirnseitig abdeckenden Sensor-Kappe (9), in welcher eine Sensoranordnung (11) aufgenommen ist, die ein mit dem Innenring (4) drehfest verbundenes Polrad (12) und einen radial außerhalb des Polrades (12) angeordneten Sensorkopf (13) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine für ein Schienenfahrzeug geeignete Radsatzlagereinheit mit einer zur Drehzahlerfassung geeigneten Sensoranordnung. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage einer solchen Radsatzlagereinheit.
Aus der DE 10 2006 036 010 A1 ist eine Radsatzlagereinheit mit einer Drehzahlmesseinrichtung bekannt. Hierbei ist eine Radachse eines Schienenfahrzeugs in einer Radsatzlagereinheit gelagert, wobei an einer Stirnseite der rotierenden Radachse ein Permanentmagnet befestigt ist, welcher gegenüber einem stationären Sensor rotiert. Bei dem Sensor handelt es sich um einen GMR-Sensor, welcher an einem Lagerdeckel befestigt ist. Das Ausgangssignal des Sensors wird durch eine elektronische Schaltung in einen Drehzahlimpuls gewandelt.
Die AT 507 382 B1 offenbart ein Radsatzlagergehäuse mit Positionserfassungseinrichtung für ein Schienenfahrzeug. Zur Stromversorgung der Positionserfassungseinrichtung ist ein elektrischer Generator mit einem Rotor und einem Stator vorgesehen, wobei der Rotor von einer im Radsatzlagergehäuse drehbar gelagerten Radsatzwelle angetrieben wird. Der Stator des Generators ist an der Innenseite eines Deckels des Radsatzlagergehäuses montiert. Die Positionserfassungseinrichtung umfasst einen satelitengestützten Funk-Positionserfassungsempfänger.
In der WO 2008/014766 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Betriebsgröße, insbesondere Temperatur, eines Radsatzlagers beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst einen Sensor, der unmittelbar an einem rotierenden Lagerring angeordnet ist. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Sendeeinheit, welche mit dem Lagerring mitrotiert und die von dem Sensor gelieferten Messwerte drahtlos an eine ortsfeste Empfangseinrichtung übermittelt. Ferner ist eine Energieversorgungseinheit vorgesehen, welche in Form eines Generators sowohl den Sensor als auch die Sendeeinheit mit Energie versorgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Sensorik, insbesondere Drehzahlsensorik, ausgestattete Radsatzlagereinheit eines Schienenfahrzeugs gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter montagetechnischen Aspekten sowie im Hinblick auf eine gute Bauraumausnutzung weiterzuentwickeln.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine für ein Schienenfahrzeug geeignete Radsatzlagereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Montage einer Radsatzlagereinheit gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt die Radsatzlagereinheit, und umgekehrt.
Die Radsatzlagereinheit umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein Wälzlager, insbesondere mehrreihiges Kegelrollenlager, welches einen rotierbaren Innenring und einen nicht rotierbaren Außenring aufweist. Erfindungsgemäß ist das Wälzlager stirnseitig durch eine Sensor-Kappe abgedeckt, welche einen Hohlraum definiert, in dem eine Sensoranordnung aufgenommen ist, die ein mit dem Innenring des Wälzlagers drehbar verbundenes Polrad sowie einen radial außerhalb des Polrades angeordneten, eine Position und/oder Bewegung des Polrades detektierenden Sensorkopf umfasst. Die Sensoranordnung befindet sich damit außerhalb des Wälzlagers. Die Tatsache, dass das Polrad und der Sensorkopf radial ineinander geschachtelt sind, bringt sowohl montagetechnische Vorteile als auch Vorteile hinsichtlich auftretender Toleranzen mit sich.
In bevorzugter Ausgestaltung handelt es sich bei der Sensor-Kappe um eine teilweise vormontierte Baugruppe, welche sowohl rotierbare als auch nicht rotierbare Sensorkomponenten umfasst. Die gesamte Radsatzlagereinheit mit einer solchen Sensor-Kappe ist auf rationelle Weise in folgenden Schritten montierbar:

- Ein topfförmiger Deckel, ein Polrad, sowie ein zur Zusammenwirkung mit dem Polrad bestimmter Sensorkopf werden bereitgestellt,
- der Sensorkopf wird im Deckel befestigt,
- das Polrad wird starr mit einer Radsatzwelle eines Radsatzlagers, welches einen rotierenden Innenring und einen nicht rotierenden Außenring aufweist, verbunden,
- der Deckel samt Sensorkopf wird über das Polrad geschoben, so dass sich der Sensorkopf radial außerhalb des Polrades befindet und das Polrad zusammen mit dem Innenring frei im Deckel drehbar ist, womit dieser zu einer Sensor-Kappe komplettiert ist,
- der Deckel wird, vorzugsweise spielbehaftet, mit dem Außenring verbunden.

Die starre Befestigung des Polrades in Relation zum Innenring des Radsatzlagers erfolgt vorzugsweise, indem das Polrad auf die oft auch als Radachse bezeichnete Radsatzwelle aufgeschoben wird, auf welcher der Innenring gehalten ist. Das Polrad kann hierbei warm montiert oder gepresst werden. Optional ist das Polrad integraler Bestandteil eines den Innenring in Axialrichtung der Radsatzlagereinheit abstützenden Stützrings ausgebildet. Ansonsten kann das Polrad als gesondertes Element mit einem Stützring oder einem sonstigen relativ zur Radachse drehfesten Element gekoppelt sein. Eine direkte Befestigung des Polrades am Innenring ist dagegen nicht vorgesehen, wobei das Polrad den Innenring stirnseitig kontaktieren kann. In raumsparender Ausgestaltung wird der Innenring vorzugsweise in Radialrichtung nicht vom Polrad überragt.
Die Befestigung des Deckels mit Spiel relativ zum Außenring bedeutet, dass ein beschränkter Versatz, insbesondere in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung, zwischen dem Deckel und dem Außenring möglich ist, ohne die Funktion der Sensor-Kappe zu beeinflussen. Durch diese eingeschränkte Relativbeweglichkeit zwischen dem Deckel und dem Außenring werden Zwangskräfte beim Betrieb des Radsatzlagers vermieden. Die Verlagerungen des Deckels relativ zum Außenring sind dabei auf ein Maß beschränkt, welches Beschädigungen des Sensorkopfes sowie die Gefahr eines Kabelbruchs ausschließt. Auf die Messgenauigkeit haben die möglichen Verlagerungen zwischen dem Deckel und dem Außenring praktisch keinen Einfluss.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung umfasst die Radsatzlagereinheit eine das Wälzlager abdeckende, am Außenring gehaltene, eine Dichtfunktion übernehmende Abdeckscheibe, welche dem Sensorkopf und/oder einem den Sensorkopf haltenden, im topfförmigen Deckel angeordneten Sensorträger benachbart ist und in eine ringförmig umlaufende Nut eingreift, welche unter anderem durch einen Absatz des Polrades gebildet ist. Der Absatz weist hierbei einen gegenüber einem mit einer Maßverkörperung versehenen Abschnitt des Polrades reduzierten Durchmesser auf und ist axial zwischen der Maßverkörperung und einer Stirnseite des Innenrings angeordnet. Der Absatz bildet somit zusammen mit dem Innenring die genannte, ringförmig umlaufende Nut, in welche die Abdeckscheibe eingreift. Hierbei kann zwischen der Abdeckscheibe und dem Polrad eine berührende oder eine nicht berührende Dichtung ausgebildet sein.
Die Sensoranordnung arbeitet vorzugsweise mit einem Hall-Sensor als Sensorkopf. Alternativ kann die Sensoranordnung beispielsweise als optische Sensorik ausgebildet sein. Unabhängig vom physikalischen Prinzip, auf welchem die Sensorik beruht, kann es sich entweder um eine Absolutwert-Sensorik oder um eine inkrementelle Sensorik, das heißt eine Sensorik zur Erfassung von Positionsänderungen, handeln. Optional umfasst die Sensoranordnung eine in den Sensorkopf integrierte Temperatursensorik.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 eine Radsatzlagereinheit eines Schienenfahrzeugs in einer Schnittdarstellung,
2 eine Sensor-Kappe der Radsatzlagereinheit nach 1,
3 bis 5 in schematischen Darstellungen weitere Radsatzlagereinheiten für Schienenfahrzeuge.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Radsatzlagereinheit ist zum Einbau in ein Schienenfahrzeug bestimmt. Eine Radsatzwelle 2, häufig auch als Radachse bezeichnet, des Schienenfahrzeugs ist mit Hilfe eines Wälzlagers 3, nämlich mehrreihigen Kegelrollenlagers, in prinzipiell bekannter Weise gelagert.
Das Wälzlager 3 umfasst einen auf der Radsatzwelle 2 gehaltenen Innenring 4, einen nicht rotierenden Außenring 5, sowie Wälzkörper 6, das heißt Kegelrollen, die in einem Käfig 7 geführt sind. Am Außenring 5 ist eine Abdeckscheibe 8 gehalten, welche eine Dichtfunktion hat. Das Wälzlager 3 ist stirnseitig abgedeckt durch eine Sensor-Kappe 9, deren Gehäuse als topfförmiger Deckel 10 ausgebildet ist. Durch den topfförmigen Deckel 10 ist ein Hohlraum gebildet, welcher eine Sensoranordnung 11 aufnimmt. Die Sensoranordnung 11 umfasst ein Polrad 12 als Maßverkörperung sowie einen radial außerhalb des Polrades 12 angeordneten Sensorkopf 13. Der Sensorkopf 13 ist mittels eines Sensorträgers 14 im topfförmigen Deckel 10 befestigt.
Der in den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 4 erkennbare Sensorträger 14 hat eine abgewinkelte Form und reicht in Richtung zur mit M bezeichneten Mittelachse der Radsatzlagereinheit 1 bis nahe an eine Maßverkörperung 15, welche durch das Polrad 12 gebildet ist. Der Sensorkopf 13 ist als Hall Sensor ausgebildet, welcher die Maßverkörperung 15 radial von außen abtastet. Gegenüber Relativverschiebungen zwischen dem Polrad 12 und dem Sensorkopf 13 in axialer Richtung der Radsatzlagereinheit 1 ist die Sensoranordnung 11 in weiten Grenzen unempfindlich.
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 befindet sich das Polrad 12 innerhalb der vormontierten Sensor-Kappe 9, bevor diese am Wälzlager 3 montiert wird. Innerhalb der Sensor-Kappe 9 ist das Polrad 12, solange die Sensor-Kappe 9 als isolierte Baugruppe vorliegt, frei drehbar. Erst beim nachfolgenden Zusammenbau der Radsatzlagereinheit 1 wird das Polrad 12, welches eine inkrementelle Messung ermöglicht, auf die Radsatzwelle 2 aufgeschoben. Hierbei gelangt ein mit 16 bezeichneter ringförmiger Absatz, welcher dem Polrad 12 zuzurechnen ist, in Anlage an eine Stirnseite des Innenrings 4. Damit ist eine ringförmig umlaufende Nut 17 gebildet, welche zwischen der Maßverkörperung 15 und dem Innenring 4 angeordnet ist. In diese Nut 17 greift die Abdeckscheibe 8 ein. Die Abdeckscheibe 8 hat eine mehrfach abgewinkelte Form und ist von einem Dichtring 18 umgeben.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist das Polrad 12 als Blechring mit im Querschnitt U-förmig abgewinkelter Form ausgebildet. Das Polrad 12 ist in diesem Fall auf einem Stützring 19 montiert, der den Innenring 4 in Axialrichtung abstützt. Der Stützring 19 ist zu montieren, bevor der Deckel 10 samt Sensorkopf 13 am Wälzlager 3 befestigt wird.
Auch im Ausführungsbeispiel nach 4 ist ein Stützring 19 zur Abstützung des Innenrings 4 vorhanden. In diesem Fall ist der Stützring 19 zugleich als Polrad 12 ausgebildet. Bei dem zugehörigen Sensorkopf 13 handelt es sich auch im Fall von 4 um einen Hall Sensor. Eine Leitung, an welche der Hall Sensor 13 angeschlossen ist, ist mit 20 bezeichnet.
Das Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 4 dadurch, dass der Sensorkopf 13 zusätzlich zu einem Hall Sensor einen Temperatursensor 21 umfasst. Der Temperatursensor 21 ist mit dem gesamten Sensorkopf 13 im Deckel 10 vormontiert, bevor dieser an dem mit 22 bezeichneten Gehäuse, welches mit dem Außenring 5 verbunden ist, befestigt wird.
Bezugszeichenliste

1: Radsatzlagereinheit
2: Radsatzwelle
3: Wälzlager
4: Innenring
5: Außenring
6: Wälzkörper
7: Käfig
8: Abdeckscheibe
9: Sensor-Kappe
10: Deckel
11: Sensoranordnung
12: Polrad
13: Sensorkopf
14: Sensorträger
15: Maßverkörperung
16: Absatz
17: Nut
18: Dichtring
19: Stützring
20: Leitung
21: Temperatursensor
22: Gehäuse
M: Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006036010 A1 [0002]
AT 507382 B1 [0003]
WO 2008/014766 A1 [0004]

Claims

Radsatzlagereinheit für ein Schienenfahrzeug, mit einem Wälzlager (3), welches einen rotierenden Innenring (4) und einen nicht rotierenden Außenring (5) aufweist, sowie mit einer das Wälzlager (3) stirnseitig abdeckenden Sensor-Kappe (9), in welcher eine Sensoranordnung (11) aufgenommen ist, die ein mit dem Innenring (4) drehfest verbundenes Polrad (12) und einen radial außerhalb des Polrades (12) angeordneten Sensorkopf (13) umfasst.
Radsatzlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (12) auf einer vom Innenring (4) umgebenen Radsatzwelle (2) gehalten ist.
Radsatzlagereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (12) den Innenring (4) radial nach außen nicht überragt.
Radsatzlagereinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (12) den Innenring (4) stirnseitig kontaktiert.
Radsatzlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine das Wälzlager (3) abdeckende, am Außenring (5) gehaltene Abdeckscheibe (8), welche einem den Sensorkopf (13) haltenden Sensorträger (14) benachbart ist und in eine einer Maßverkörperung (15) des Polrades (12) benachbarte, durch einen Absatz (16) des Polrades (12) gebildete Nut (17) eingreift.
Radsatzlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (11) als inkrementelle, von einem axialen Versatz zwischen dem Polrad (12) und dem Sensorkopf (13) unabhängige Sensorik ausgebildet ist.
Radsatzlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (12) fest mit einem den Innenring (4) in Axialrichtung abstützenden Stützring (19) verbunden ist.
Radsatzlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (12) als integraler Bestandteil eines den Innenring (4) in Axialrichtung abstützenden Stützrings (19) ausgebildet ist.
Radsatzlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (11) einen in den Sensorkopf (13) integrierten Temperatursensor (21) umfasst.
Verfahren zur Montage einer Radsatzlagereinheit für ein Schienenfahrzeug, mit folgenden Schritten: - Bereitstellung eines topfförmiger Deckels (10), eines Polrades (12), sowie eines zur Zusammenwirkung mit dem Polrad (12) bestimmten Sensorkopfes (13), - Befestigung des Sensorkopfes (13) im Deckel (10), - Starre Verbindung des Polrades (12) wird mit einer Radsatzwelle (2) eines Radsatzlagers, welches einen rotierenden Innenring (4) und einen nicht rotierenden Außenring (5) aufweist, - Aufschieben des Deckels (10) samt Sensorkopf (13) wird über das Polrad (12), so dass sich der Sensorkopf (13) radial außerhalb des Polrades (12) befindet und das Polrad (12) zusammen mit dem Innenring (4) frei im Deckel (10) drehbar ist, womit dieser zu einer Sensor-Kappe (9) komplettiert ist, - Herstellung einer zumindest mittelbaren, höchstens eingeschränkt spielbehafteten Verbindung zwischen dem Deckel (10) und dem Außenring (5).