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Die Erfindung betrifft ein Federbeinlager, umfassend einen Führungsring, eine Kappe und ein zwischen diesen vorgesehenes, eine Verdrehung beider zueinander erlaubendes Lager.
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Ein Federbeinlager verbindet in an sich bekannter Weise ein Federbein mit einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Dies soll das Drehen des Federbeins im karosserieseitigen Federbeindom während einer Lenkbewegung und beim Einfedern erlauben. Hierzu weist das Federbeinlager einen Führungsring auf, mit dem das Federbein verbunden ist, an ihm ist insbesondere die Schraubenfeder des Federbeins abgestützt. Es umfasst ferner eine Kappe, die karosserieseitig angebunden ist. Für den Führungsring und Kappe ist ein axiales Wälzlager vorgesehen, umfassend zwei Laufscheiben oder Laufringe und dazwischen befindliche, auf diesen laufende Wälzkörper, üblicherweise Kugeln. Alternativ kann auch ein Gleitlager umfassend eine Gleitscheibe vorgesehen sein.
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Es ist ein Federbeinlager bekannt, an dem zusätzlich ein Sensor, der als Signalgeber dient, und ein Empfängerbauteil als separate Elemente angebracht sind. Diese nachträglich in einem separaten Arbeitsgang verbauten Elemente benötigen zusätzlichen Bauraum und sind, da freiliegend, nicht gegen Verschmutzung, Wasser etc. geschützt.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Federbeinlager anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Federbeinlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine Sensorbeschichtung zur Erfassung von aus einer Belastung des Federbeinlagers resultierenden Signalen aufgebracht ist.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Sensorbeschichtung vorgesehen, die in einem geeigneten Auftragverfahren aufgebracht oder abgeschieden werden kann, über die entsprechende, aus einer Belastung des Federbeinlagers resultierende Signale erfasst werden können. Diese Sensorbeschichtung befindet sich an einer im Kraftfluss über das Federbeinlager. Ein Beispiel für die Anordnung bei einem Federbeinlager umfassend ein als Wälzlager ausgeführtes Lager mit zwei Laufscheiben ist an einer Laufscheibe, beispielsweise an der der jeweiligen Laufbahn, auf der die Wälzkörper laufen, gegenüberliegenden Seite. Ist ein Gleitlager vorgesehen, so kann die Beschichtung an der der Gleitbewegung gegenüberliegenden Fläche vorgesehen sein. Diese Beschichtung ist nicht nur einfach und in einem entsprechenden Verfahren auf eine Vielzahl an Lauf- oder Gleitscheiben aufbringbar, sie ist darüber hinaus auch entsprechend gegen Feuchtigkeit, Schmutz etc. geschützt, nachdem die Laufscheiben üblicherweise in formkompatible nutförmige Scheibenaufnahme am Führungsring oder der Kappe eingesetzt sind, wo sie formschlüssig aufgenommen sind. Hierüber ist es möglich, die extrem dünnen Sensorschichten quasi im Bereich dieser nutartigen Aufnahme zu positionieren und vollständig zu kapseln.
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Bei dem erfindungsgemäßen Federbeinlager werden demzufolge keine zusätzlichen Sensorkomponenten zur Erzeugung der Sensorsignale benötigt. Neben einem hinreichenden Schutz ist eine solche Sensorbeschichtung oder sind, wenn mehrere solcher Beschichtungen an verschiedenen Positionen vorgesehen sind, diese Sensorbeschichtungen in der Lage, eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter über entsprechende, aus der Belastung resultierende Signale zu erfassen. So ist es denkbar, eine Winkelposition respektive eine Verdrehstellung von Führungsring und Kappe zu erfassen, wie auch Informationen betreffend den mechanischen Kraftfluss oder Torsions- und Biegemomente erfasst werden können. Diese Sensorsignale können zur Steuerung beispielsweise eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs in Echtzeit eingesetzt werden, beispielsweise zum Ausgleich von Wankbewegungen der Karosserie bei einer Kurvenfahrt, also für eine Wankstabilisierung, oder zur Stabilisierung von Nickbewegungen beim Bremsen oder beim Beschleunigen. Darüber hinaus können aus diesen Sensorsignalen auch Informationen über den Zustand des Wälzlagers, der am Führungsring aufgelagerten Schraubenfeder oder anderer im Kraftfluss liegender Komponenten abgeleitet werden.
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Wie beschrieben können die Sensorbeschichtung, wenn ein Wälzlager vorgesehen ist, bevorzugt an einer oder an beiden Laufscheiben aufgebracht werden. Dies ist jedoch nur ein Ort der Anordnung. Grundsätzlich kann diese sensorische Beschichtung auch auf einer anderen im Kraftfluss liegenden Komponente des Federbeinlagers aufgebracht sein, so beispielsweise auf den Führungsring oder die Kappe selbst, beispielsweise im Bereich der nutartigen Aufnahme der Lagerscheiben, oder am Führungsring im Bereich der Aufnahme für die Schraubenfeder des Federbeins oder Ähnliches.
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Diese dünne, dehnungsempfindliche Sensorbeschichtung kann beispielsweise als PVD-Schicht (PVD = Physical-Vapour-Deposition) aufgebracht werden, also in einem Gasphasenverfahren abgeschieden werden. Dies ermöglicht die Bildung extrem dünner Schichten, verbunden mit einer sehr guten Strukturierungsmöglichkeit, um die entsprechenden belastungsempfindlichen Dehnungsstrukturen, die bei einer Belastung deformiert werden und damit signalgebend sind, auszubilden.
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Wie ausgeführt, wird die Sensorbeschichtung bei einem Wälzlager bevorzugt an einer Laufscheibe bzw. bei einem Gleitlager an der Gleitscheibe aufgebracht. Dies kann, wie beschrieben, an der zum Führungsring respektive zur Kappe weisenden Scheibenseite erfolgen. Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, die Sensorbeschichtung an oder auf der Laufbahn selbst auszubilden, das heißt, dass bei einem Wälzlager die Sensorbeschichtung unmittelbar im Wälzkontakt bzw. Kugelkontaktbereich liegt. Hierüber können die Kräfte im Kugelkontakt bzw. etwaige Spannungsänderungen im Kugelkontakt erfasst werden. Eine Aufbringung im Laufbahnbereich ist möglich, da, wie ausgeführt, derartige Schichten als extrem dünne stabile Schichten hergestellt werden können.
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Wie beschrieben befindet sich das Federbeinlager direkt auf der Stützfeder, es nimmt daher alle über das Rad und die Feder eingeleiteten Kräfte auf. Befindet sich nun beispielsweise die Beschichtung am Führungsring im Bereich der Federabstützung, so können hierüber die üblicherweise nicht gleichmäßigen Kräfteverteilungen im Bereich des Federkontakts, die für jede Federtype charakteristisch sind, erfasst werden und etwaige Veränderungen der Feder hierüber ermittelt werden.
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Insgesamt bietet damit diese sensorische Kräfte- oder Momentenerfassung die Möglichkeit, eine Vielzahl unterschiedlicher Informationen unmittelbar aus dem Lastbereich zu ermitteln, die für die Steuerung relevanter Fahrzeugkomponenten, beispielsweise des aktiven Fahrwerks, dienlich sind, oder für eine Diagnostik oder Zustandserfassung, beispielsweise des Lagers, der Feder oder der Radaufhängung etc.
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Wie beschrieben sind unterschiedliche Positionen, an der oder denen die Sensorbeschichtung(en) aufgebracht werden können, denkbar. Die Sensorbeschichtung sollte, da es sich bei dem Federbeinlager um ein ringförmiges Bauteil handelt, zumindest abschnittsweise um den Umfang des Bauteils des Federbeinlagers, an dem sie aufgebracht ist, umlaufen, so dass verschiedene Beschichtungsabschnitte, die beispielsweise um 30 oder 45° umlaufen und über ein entsprechendes Winkelinkrement voneinander beabstandet sind, vorgesehen sein können. Alternativ ist es natürlich zweckmäßig, die Sensorbeschichtung vollständig umlaufend auszugestalten, so dass ein größtmöglicher Erfassungsbereich gegeben ist.
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Dabei kann die Sensorbeschichtung, unabhängig davon, ob sie nun abschnittsweise oder vollständig umlaufend ausgeführt ist, mehrere separate Signale liefernde Sensorabschnitte aufweisen, das heißt, dass die Sensorbeschichtung als solche nochmals in entsprechende Sensorabschnitte unterteilt ist.
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Wie beschrieben handelt es sich bei der Sensorbeschichtung vorzugsweise um eine PVD-Schicht. Alternativ sind aber auch andere Beschichtungen, beispielsweise eine CVD (CVD = Chemical-Vapour-Deposition), oder andere Beschichtungsarten wie Aufdrucken oder Ähnliches denkbar.
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Besonders zweckmäßig ist, wenn wenigstens ein mit der Sensorbeschichtung oder den Sensorabschnitten kommunizierendes Empfängerelement vorgesehen ist, über das die entsprechenden, beschichtungsseitig erfassten Signale erfasst und entweder verarbeitet oder an eine externe Steuerungseinrichtung übertragen werden, wo die Signale sodann, vorzugsweise in Echtzeit, weiterverarbeitet werden. Dieses Empfängerelement ist bevorzugt am Führungsring oder an der Kappe oder gegebenenfalls ist jeweils ein Empfängerelement an beiden Teilen eingespritzt. Führungsring und Kappe sind bevorzugt als Kunststoffbauteile ausgeführt, die in einem Spritzverfahren hergestellt sind. Es ist nun ohne weiteres möglich, ein solches Empfängerelement während der Spritzgussherstellung von Führungsring oder Kappe mit einzuspritzen, also zu kapseln, so dass auch der Signalempfänger sicher geschützt ist. Alternativ ist auch eine nachträgliche Montage möglich. Dabei kann die Kommunikation des Empfängerelements mit der oder den Sensorbeschichtungen oder den Sensorabschnitten entweder drahtlos oder drahtgebunden erfolgen, wozu eine entsprechende Kommunikationsleitung mit eingebunden wird, über die die Signale übertragen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Federbeinlagers in einer Einbausituation an einem Federbein,
- 2 eine Schnittansicht durch das erfindungsgemäße Federbeinlager,
- 3 eine vergrößerte Teilansicht des Federbeinlagers aus 2, und
- 4 eine vergrößerte Prinzipdarstellung als Teilansicht einer Sensorbeschichtung.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Federbeinlager 1, das an einem Federbein 2 verbaut ist. Das Federbein 2 umfasst in an sich bekannter Weise einen Dämpfer 3 sowie eine Schraubenfeder 4. Die Schraubenfeder 4 ist an einem Führungsring 5 des Federbeinlagers 1 abgestützt. Dieser ist über ein Wälzlager 6 mit einer Kappe 7 gekoppelt, die ihrerseits über eine Umgebungskonstruktion 8 mit der hier nicht näher gezeigten Karosserie, mit der auch der Dämpfer 3 verbunden ist, gekoppelt. Der Aufbau und die Integration eines solchen Federbeinlagers 1 respektive eines Federbeins 2 ist bekannt.
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2 zeigt in Form einer verbesserten Teilansicht ein erfindungsgemäßes Federbeinlager 1. Gezeigt ist der Führungsring 5, an dem ein umlaufender Aufnahme- und Abstützbereich 9 für die Schraubenfeder 4 ausgebildet ist. Gegenüberliegend zu diesem Aufnahme- und Abstützbereich 9 ist eine ring- und nutförmige Aufnahme 10 vorgesehen, in der eine Laufscheibe 11 des Wälzlagers 6 formschlüssig aufgenommen ist. Auf der Laufscheibe 11, die, siehe 3, eine entsprechende Laufbahn 12 aufweist, laufen Wälzkörper 13 in Form von Kugeln, die bevorzugt in einem Käfig 14 geführt sind.
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An der Kappe 7, die wie beschrieben karosserieseitig angebunden ist, ist ebenfalls eine entsprechende nutartige, ringförmige Aufnahme 15 vorgesehen, in die eine zweite Laufscheibe 16 des Wälzlagers 6 formschlüssig eingesetzt ist. Auch diese ringförmige Laufscheibe 16 weist eine entsprechende Laufbahn 17 auf, auf der die Wälzkörper 13 wälzen.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Sensorbeschichtung in Form einer auf eine Komponente des Federbeinlagers 1 aufgebrachten PVD-Sensorschicht vorgesehen, die es ermöglicht, relevante Informationen in Form geeigneter Signale, die aus einer Belastung des Federbeinlagers 1 im Betrieb resultieren, zu erfassen. Exemplarisch ist, siehe 3, eine solche Sensorbeschichtung 18 auf der Unterseite der Laufscheibe 11 aufgebracht, also auf der Seite, die auf dem Boden der ringförmigen nutartigen Aufnahme 10 ruht. Alternativ oder zusätzlich kann also eine solche Sensorbeschichtung 18 auch an der gegenüberliegenden Laufscheibe 16, ebenfalls dem Nutgrund zugewandt, aufgebracht sein, oder auf den Laufflächen 12, 17 der Laufscheiben 11, 16 oder aber im Bereich der Aufnahme 9 für die Feder 4 etc. Geeignet ist jede Position, die in irgendeiner Weise im Kraftfluss des über das Federbein 2 gelagerten Rades zur Karosserie liegt.
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Eine solche Sensorbeschichtung ist dehnungsempfindlich, aus einer lastbedingten Geometrieänderung respektive Deformation entstehen die entsprechenden Sensorsignale. Ein Beispiel einer solchen Sensorbeschichtung 18 ist exemplarisch in 4 gezeigt. Die Sensorbeschichtung 18 umfasst im gezeigten Beispiel mehrere, separate Signal liefernde Sensorabschnitte 18a, die beispielsweise um den Umfang der Laufscheibe hintereinander ausgebildet sind und die jeweils von der entsprechenden Position, an der sie sich befinden, entsprechende Lastsignale liefern. 4 zeigt lediglich einen Ausschnitt der Sensorbeschichtung 18, die um den Laufscheibenumfang umläuft. Selbstverständlich sind eine Vielzahl solcher separater Sensorabschnitte 18a realisiert.
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Insbesondere bei Ausbildung der Sensorbeschichtung 18 im Bereich des Wälzlagers 6 ist die Sensorbeschichtung 18 bestens gegen Umwelteinflüsse geschützt.
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Die Sensorbeschichtung 18 liefert wie beschrieben die entsprechenden Sensorsignale. Diese werden von einem Empfängerelement 19, siehe 3, empfangen, das entweder drahtlos oder drahtgebunden mit der oder den Sensorbeschichtungen 18 oder den entsprechenden Sensorabschnitten 18a kommuniziert. Das Sensorelement 19 ist, wie 3 deutlich zeigt, in den Führungsring 5 eingebettet. Der Führungsring 5 ist, wie auch die Kappe 7, ein Kunststoffbauteil, so dass das Empfängerelement 19 ohne weiteres entsprechend in die Kunststoffmatrix eingebettet und vollständig gekapselt werden kann, so dass auch das Empfängerelement vollständig gegen Umwelteinflüsse geschützt ist.
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Insgesamt ermöglicht die Erfindung die Herstellung eines Sensorfederbeinlagers, das in der Lage ist, über die eine oder die mehreren dehnungsempfindlichen Sensorbeschichtungen 18 unterschiedliche Sensorsignale aus dem Kraftfluss über das Federbeinlager 1 zu erfassen und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stellen. Werden beispielsweise an beiden Lagerscheiben 11, 16 entsprechende Sensorbeschichtungen 18 ausgebildet, so ist es ohne weiteres möglich, den Verdrehwinkel zwischen den beiden Lagerscheiben 11, 16 zu erfassen. Auch kann mit einer solchen, großflächigen Sensorbeschichtung 18 eine Torsions- und Biegemomenterfassung erfolgen, insbesondere wenn sie an den Laufscheibenrückseiten ausgebildet sind. Befinden sich die Sensorbeschichtungen 18 im Wälzbereich, so können Informationen über die unmittelbare Lagerbelastung im Wälzkontakt ermittelt werden und Ähnliches. Es wird also ein „intelligentes“ Federbeinlager 1 angegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Federbeinlager
- 2
- Federbein
- 3
- Dämpfer
- 4
- Schraubenfeder
- 5
- Führungsring
- 6
- Wälzlager
- 7
- Kappe
- 8
- Umgebungskonstruktion
- 9
- Aufnahme- und Abstützbereich
- 10
- Nutaufnahme
- 11
- Laufscheibe
- 12
- Laufbahn
- 13
- Wälzkörper
- 14
- Käfig
- 15
- ringförmige Aufnahme
- 16
- Laufscheibe
- 17
- Laufbahn
- 18
- Sensorbeschichtung
- 18a
- Sensorabschnitte
- 19
- Empfängerelement
