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Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit zur Drehlagerung eines Rades eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug, insbesondere eine elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Radlagereinheit.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Einrichtungen, Verfahren, Anordnungen und Sensoren bekannt, welche zur Ermittlung von Differenzgeschwindigkeiten zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Bauteilen eingesetzt werden.
Die
EP 438 624 B1 beschreibt dazu eine in das Lager integrierte Vorrichtung, die es ermöglicht, die Differenzgeschwindigkeit zwischen den Ringen eines Walzlagers zur Lagerung eines Fahrzeugrades zu messen. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um einen induktiven (passiven) Sensor, der einen magnetisierten Ring mit paarweise entgegengesetzt angeordneten Polen und eine Sensorspule umfasst.
In der
EP 530 580 B1 ebenso ein passiver Sensor beschreiben mit einer spezifischen Ausgestaltung von Flußkonzentrator und Encoder zum Messen der Drehgeschwindigkeit zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Bauteilen offenbart. Der Flußkonzentrator ist dabei aus einem gezahnten Ring hergestellt, mit einem offenkonturigen, axialen Querschnitt, und mit einem Rand versehen zwecks Ermöglichung einer Befestigung an einem Kugellager. Zudem ist der Flußkonzentrator mit einer Tasche zur Aufnahme einer Sensorspule versehen.
Der Vorteil der in
EP438624B1 und
EP530580B1 beschriebenen passiven Sensoren liegt u.a. darin, dass der zeitliche Verlauf des analogen Spannungs-Signales, insbesondere Positionen der Nulldurchgänge sehr präzise bestimmt werden. Nachteilig ist jedoch, dass das analoge Spannungs-Signal des integrierten passiven Sensors über eine weite Strecke bis zur Steuereinheit im Fahrzeug geführt werden muss, was dieses anfällig für Störeinflüsse macht.
Die
DE 10 2007 023 385 A1 offenbart eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung von Linear- oder Rotationsbewegungen, insbesondere zur Erfassung der Rotation eines Fahrzeugrades. Die Messvorrichtung arbeitet mit einem ortsfesten magnetoresistiven Chipsensor und einer diesem unter Freilassung eines Luftspaltes benachbarten Magnetfeldgebereinrichtung.
Die
DE 10 2013 225 806 A1 beschreibt ein Verfahren zum Prüfen eines in einem Drehzahlsensor verbauten Stützmagneten, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und einen Sensor mit der Steuervorrichtung.
Die
EP 922 230 A1 bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung des Drehverhaltens eines Rades oder eines anderen rotierenden Körpers, mit einem Sensorelement und einer steuerbaren Stromquelle, die einen das Drehverhalten darstellenden eingeprägten Strom, also ein binares Stromsignal, liefert, und mit einer Auswerteschaltung.
Außerdem offenbart die
EP 743 526 A1 eine Einrichtung zur Ermittlung eines Unterschieds der Drehgeschwindigkeit zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Elementen, insbesondere zwischen Elementen zur Lagerung eines Fahrzeugrades, wobei ein Drehzahlsensor zur Ermittlung entsprechender Drehgeschwindigkeits-Unterschiede demontierbar ist.
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik gemäß der
EP 944 888 A1 ein Verfahren zur Übertragung von Daten bekannt. Die in Form eines Wechselsignals vorliegen Daten liefert dabei ein Drehzahlsensor. Außerdem werden Zusatzdaten über eine gemeinsame Signalleitung übertragen. Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens gehören ebenfalls zur Erfindung.
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Insbesondere beim Einsatz eines passiven, induktiven Sensors zur Ermittlung einer Drehzahl ist ein bekanntes Problem des Standes der Technik, dass die in der Sensorspule erzeugte analoge elektrische Spannung zur Verarbeitung an eine Steuereinheit zwecks Ableitung der Drehzahlinformation geleitet werden muss, wobei diese Steuereinheit meist räumlich weit entfernt vom Sensor angeordnet ist. Problematisch ist dabei, dass die in einer steuerungstechnischen Verbindung zwischen dem Sensor und der Steuereinheit übertragenen analogen Spannungssignale, insbesondere aufgrund ihrer elektromagnetischen Beeinflussbarkeit, anfällig für Störungen sind, so dass Signale mit einem großen Schwankungsbereich von der Steuereinheit verarbeitet werden müssen.
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Eine derartige Störung bzw. ein derartiges Rauschen im analogen Spannungssignal kann beispielsweise durch beliebige Funksignale oder auch elektrische Felder entstehen, welche in der Nähe der steuerungstechnischen Verbindung zwischen dem Drehzahlsensor und der Wandlereinheit wirken, oder durch Vibrationen am Kabelstrang, die sich auf die elektrischen Steckkontakte übertragen und somit den effektiven elektrischen Widerstand beeinflussen.
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Zur Verdeutlichung des Problems ist in 1 eine grafische Darstellung einer Wandlung eines analogen, störungsbehafteten Signals in ein digitales Signal gemäß dem Stand der Technik dargestellt.
Im hier gezeigten Koordinatensystem sind ein Verlauf einer tatsächlichen Drehzahl 30, ein analoges Signal 31 und ein digitales Signal 32 über der Zeit angetragen.
Aus dem im Wesentlichen stetig sinkenden Verlauf der tatsächlichen Drehzahl 30 ist zu erkennen, dass es sich hier um z.B. einen Ausroll-Vorgang eines Fahrzeugs handelt.
Das analoge Signal 31 ist das von einem induktiven Sensor ausgegebene Spannungs-Signal, bei welchem sich die Amplitude proportional mit der Drehzahl 30 verändert.
Das digitale Signal 32 entspricht einem von einer Wandlereinheit, hier einem Schmitt-Trigger, ausgegebenen Signal bei Eingang des gezeigten analogen Signals 31. Der Schmitt-Trigger arbeitet dabei mit einem Vergleich des eingehenden analogen Signals 31 mit einem ersten Grenzwert 21 bzw. einen zweiten Grenzwert 22. Passiert der Verlauf des analogen Signals 31 den ersten Grenzwert 21, so gibt der Schmitt-Trigger einen ersten Signalpegel 23 aus. Dies hält der Schmitt-Trigger dann solange aufrecht, bis das analoge Signal 31 den zweiten Grenzwert 22 passiert, wobei der Schmitt-Trigger folglich vom ersten Signalpegel 23 auf einen zweiten Signalpegel 24 springt. Der Wechsel vom zweiten Signalpegel 24 zum ersten Signalpegel 23 erfolgt entsprechend umgekehrt.
Aus dem vom Schmitt-Trigger ausgegebenen digitalen Signal 32, umfassend unterschiedlich lange Abschnitte der ersten und zweiten Signalpegel 23, 24, kann eine Steuereinheit eines Fahrzeugs wiederum die jeweils zugrunde liegende tatsächliche Drehzahl ermitteln.
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Das analoge Signal 31 in der 3 weist jedoch ein starkes Rauschen 33 auf Dieses Rauschen 33 ist durch innerhalb kürzester Zeitabstände erfasste Wendepunkte im Signalverlauf charakterisiert. Dies führt dazu, dass der Verlauf des analogen Signals 31 deutlich häufiger die definierten Grenzwerte 21,22 über- bzw. unterschreitet.
Dies führt zu Fehlern 34 im digitalen Signal 32, so dass die Steuereinheit folglich eine falsche Information über die vorherrschende Drehzahl wiedergibt oder nicht in der Lage ist eine Drehzahl zu ermitteln.
In der Praxis wird generell versucht, den ersten Grenzwert 21 und den zweiten Grenzwert 22 möglichst nah an die Null-Linie zu legen, damit auch geringe Ausschläge im Verlauf der Drehzahl 30 erfasst werden können und damit auch geringe Drehzahlen erfassbar sind.
Aufgrund dessen jedoch, dass das in die Wandeleinheit eingehende analoge Signal 31 die beschriebenen Schwankungen aufweist, ist es insbesondere bei niedrigen Drehzahlen nicht mehr möglich, diese sauber zu detektieren.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radlagereinheit sowie ein damit ausgestattetes Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, mit denen in präziser Weise eine zuverlässige Bestimmung der Drehzahl des Radlagers realisierbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Radlagereinheit nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Radlagereinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Ergänzend wird ein Fahrzeug, welches die Radlagereinheit aufweist, gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Fahrzeugs ist im Unteranspruch 10 angegeben.
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Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung immer auf die Rotationsachse der Radlagereinheit.
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Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit zur Drehlagerung eines Rades eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, wobei allerdings auch verbrennungsmotorisch antreibbare Fahrzeuge und/oder Hybrid-Fahrzeuge nicht von der Anwendung der erfindungsgemäßen Radlagereinheit ausgeschlossen sein sollen. Die Radlagereinheit umfasst einen Drehzahlsensor, insbesondere einen integrierten induktiven Drehzahlsensor, zur Erzeugung analoger Signale bezüglich einer anliegenden Drehzahl sowie eine Wandlereinheit zur Umwandlung der analogen Signale in digitale Signale, die in einer steuerungstechnisch mit der Wandlereinheit gekoppelten Steuereinheit zwecks Ausgabe von den Signalen entsprechenden Informationen und/oder Steuerung wenigstens eines Aggregats eines mit der Radlagereinheit ausgestatteten Fahrzeugs verwertbar sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wandlereinheit in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Drehzahlsensor angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Radlagereinheit ermöglicht somit die Verarbeitung eines analogen Signals, welches aufgrund der geringen Entfernung bzw. der geringen Länge einer steuerungstechnischen Verbindung zwischen dem Drehzahlsensor und der Wandlereinheit nur geringfügige Störungen bzw. ein geringes Rauschen aufweist, so dass das erhaltene digitale Signal eine entsprechend hohe Qualität aufweist.
Das vom Drehzahlsensor ausgegebene analoge Signal kann insbesondere ein Spannungssignal sein.
Mit unmittelbarer räumlicher Nähe ist gemeint, dass ein Abstand zwischen dem Drehzahlsensor und der Wandlereinheit deutlich kleiner ist, als ein Abstand zwischen der Wandlereinheit und der Steuereinheit. Ein Verhältnis des Abstandes zwischen Drehzahlsensor und Wandlereinheit zum Abstand zwischen Wandlereinheit und Steuereinheit ist also sehr klein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Wandlereinheit dazu eingerichtet, digitale Signale auf Basis eines Vergleichs der anliegenden analogen Signale mit wenigstens zwei Grenzwerten zu erzeugen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, das analoge Signal mit genau zwei Grenzwerten zu vergleichen
Dabei kann die Wandlereinheit ein Schmitt-Trigger sein.
Die Wandlereinheit kann alternativ einen Schmitt-Trigger umfassen, wobei sie dabei zudem eine dem Schmitt-Trigger vorzugsweise vorgeschaltene
Spannungsbegrenzungs-Einheit und eine dem Schmitt-Trigger nachgeschaltene Ausgangsstufe umfasst. Die Wandlereinheit kann somit als ein aktiver integrierter Mixed-Signal Schaltkreis vorzugsweise in Halbleitertechnologie ausgeführt sein.
Die Spannungsbegrenzungs-Einheit, dient zur Stabilisierung und Begrenzung einer in die Wandlereinheit eingehenden elektrischen Spannung, um die in der Wandlereinheit verwendeten elektronischen Bauelemente zu schützen.
Die Ausgangsstufe ist dazu eingerichtet, das vom Schmitt-Trigger erhaltene digitale Signal in eine durch die Steuereinheit benötigte Signalart umzuwandeln, damit die Steuereinheit die erhaltenen digitalen Signale verwerten kann. Bei Integration der Radlagereinheit in ein Kraftfahrzeug entspricht diese Signalart in der Regel definierten Strompegeln, beispielsweise aufweisend eine maximale Stromstärke von 14mA und eine minimale Stromstärke von 7mA.
Die Wandlereinheit kann insbesondere in Form zumindest eines Halbleiterchips realisiert sein.
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Der Schmitt-Trigger kann Amplituden-Vergleichswerte definieren, deren jeweiliger Wert 1/100 bis 1/2000 der vom Drehzahlsensor erzeugten max. Amplitude des analogen Signals beträgt.
Generell müssen die Vergleichswerte des Schmitt-Triggers anwendungsspezifisch festgelegt werden.
Je kleiner die Amplituden-Vergleichswerte, bzw. deren Abstand zueinander, Schalthysterese genannt, angesetzt werden, umso geringere Amplituden des induktiven Sensorsignales können mit dem Schmitt-Trigger einem Vergleich mit den Amplituden-Vergleichswerten unterzogen werden, so dass Informationen zu sehr niedrigen Drehzahlen ausgegeben bzw. verarbeitet werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Radlagereinheit zumindest zwei relativ zueinander um eine Achse drehbare Radlager-Elemente auf, wobei an einem ersten Radlager-Element ein erster, als ringförmiger Permanentmagnet ausgeführter Bestandteil des Drehzahlsensors angeordnet ist, und an einem zweiten Radlager-Element ein zweiter, als ringförmige Spule ausgestalteter Bestandteil des Drehzahlsensors angeordnet ist.
Dabei ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen konstruktiven Aufbau bzw. die genannte Anordnung eingeschränkt, sondern es kann auch ein umgekehrter Aufbau realisiert sein, wobei der Encoder als passiver Ring, vorzugsweise gelocht oder gewellt ausgeführt, und neben der stehenden Sensorspule ein stehender, also nicht rotierender Permanentmagnet mit abwechselnder magnetischer Polarität angeordnet ist.
Die Wirkungsweise der Sensoreinheit ist unabhängig von der räumlichen Anordnung ihrer einzelnen Komponenten.
Der ringförmige Permanentmagnet stellt somit einen Encoder dar, der vorzugsweise mit über dem Umfang verteilt alternierender Magnetisierung ausgeführt ist.
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Der Drehzahlsensor entspricht somit einem integrierten induktiven Sensor, vorteilhafterweise mit Flußkonzentrator, welcher die Vorteile von sehr niedrigen Einzel- und Summenteilungsfehlern im erzeugten analogen Signal aufweist, da Inhomogenitäten in der Magnetisierung des Encoders bzw. geometrische Inhomogenitäten im Flusskonzentrator herausgemittelt werden. Folglich ist das ausgegebene analoge Signal besonders gleichmäßig. Durch die ortsnahe Anordnung der Wandereinheit können die für die Erzeugung des digitalen Ausgangssignales erforderlichen Vergleichswerte bzw. deren Abstand zueinander kleiner gewählt werden, da das analoge Spannungssignal weniger empfänglich für Störungen ist. In der Folge wird, im Gegensatz zum Stand der Technik, eine feinere Detektion der Drehzahl bis nahezu zum Stillstand ermöglicht.
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Beispielsweise bei einem Spannungssignal als analoges Signal und einer Darstellung dieses analogen Spannungssignals in einem Koordinatensystem ist somit der Verlauf der Kennlinie des Signals besonders gleichmäßig und weist definierte Nulldurchgänge auf.
Das erste Radlager-Element kann dabei als rotierbarer Flansch zur Verbindung mit einem Rad eines Fahrzeugs ausgestaltet sein, wobei das zweite Radlager-Element entsprechend als feststehender Außenring zur Befestigung der Radlagereinheit an einem Gehäuse einer Radaufhängung des Fahrzeugs ausgestaltet sein kann. Eine Relativ-Drehung zwischen dem Flansch und dem Außenring ist vorzugsweise durch ein zwischen diesen angeordnetes Wälzlager, insbesondere ein zweireihiges Kugellager, realisierbar. In einer alternativen Ausgestaltung kann das erste Radlager-Element auch als Innenring ausgestaltet sein, welcher zwecks Verbindung mit einem Rad eines Fahrzeugs auf einem rotierbaren Flansch angeordnet ist. Dabei kann ein erster Satz Wälzkörper des Wälzlagers als zweireihiges Kugellager zwischen dem Außenring und dem Flansch laufen und ein zweiter Satz Wälzkörper zwischen dem Außenring und dem Innenring laufen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, umfasst die Radlagereinheit des Weiteren einen Drehrichtungs-Sensor zur Erfassung der Drehrichtung.
Der Drehrichtungs-Sensor kann dabei in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Wandlereinheit bzw. zum Drehzahlsensor angeordnet sein. Der Drehrichtungs-Sensor ist vorzugsweise als aktiver Sensor in Halbleiterbauweise basierend auf dem Hall- oder magnetoresistiven Wirkprinzip aufgebaut.
Insbesondere ist der Drehrichtungs-Sensor mittelbar fest mit dem zweiten Radlager-Element der Radlagereinheit verbunden.
Es kann vorgesehen sein, dass eine vom Drehrichtungs-Sensor generierte Drehrichtungs-Information einem aktiven Schaltkreis, umfassend zumindest die Wandlereinheit, zugeführt wird, so dass die Information über die Drehzahl zusammen mit der Information über die Drehrichtung von der Radlagereinheit zu einer Steuereinheit eines Fahrzeugs leitbar ist. Dazu ist vorzugsweise eine zusätzliche Logikeinheit in einem entsprechenden aktiven Schaltkreis zu integrieren, zwecks Integration der Drehrichtungs-Information in das an die Steuereinheit zu leitende digitale Ausgangssignal.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Radlagereinheit ein Gehäuse, in dem der Drehzahlsensor sowie auch die Wandlereinheit angeordnet sind. In dem Gehäuse der Radlagereinheit kann zudem der Drehrichtungs-Sensor angeordnet sein. Insbesondere bei Ausgestaltung des Drehzahlsensors als ein induktiver Sensor, umfassend zumindest einen rotierbaren, ringförmigen Permanentmagneten, kann der Drehrichtungs-Sensor radial innerhalb des ringförmigen Permanentmagneten und auf identischer axialer Position wie dieser ringförmige Permanentmagnet angeordnet sein. Der Drehrichtungs-Sensor ermittelt somit die Drehrichtung anhand der Drehbewegung des zu ihm radial benachbarten und relativ zu ihm rotierenden ringförmigen Permanentmagneten.
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In einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform der Radlagereinheit ist die Wandlereinheit von einem das Gehäuse zumindest bereichsweise ausbildenden Material umspritzt.
Der Drehrichtungs-Sensor kann dabei im selben Material des Gehäuses fest angeordnet sein.
Durch das Umspritzen der Wandlereinheit von einem das Gehäuse zumindest bereichsweise ausbildenden Material wird eine fertigungstechnisch effiziente Befestigung der Wandlereinheit bzw. des Drehrichtungs-Sensors realisiert.
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Die erfindungsgemäße Radlagereinheit weist den Vorteil auf, dass sehr geringe Drehzahlen erfasst werden können und die Vorteile eines induktiven Sensors genutzt werden können.
Dies wird ermöglicht durch die unmittelbare räumliche Nähe zwischen Drehzahlsensor und Wandlereinheit, da die vom Drehzahlsensor induktiv erfasste DrehzahlInformation als analoges Signal nur über eine somit sehr kurze steuerungstechnische Verbindung geleitet werden muss, so dass eine Störung des analogen Signals minimiert wird. Das von der Wandlereinheit ausgegebene digitale Signal, welches bei Integration der Radlagereinheit in ein Fahrzeug folglich über eine lange steuerungstechnische Verbindung geleitet werden muss, wird von äußeren Einflüssen wiederum nur sehr gering gestört, so dass insgesamt die Steuereinheit ein klares und exaktes Signal zugeführt wird.
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Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Fahrzeug, insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, zur Verfügung gestellt, das eine erfindungsgemäße Radlagereinheit aufweist.
Insbesondere bei Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeuges mit einzelnen Radmodulen, bei denen einem jeweiligen Rad eine eigene Antriebseinheit zugeordnet ist, bietet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Radlagereinheit mit der unmittelbaren Nähe zwischen Drehzahlsensor und Wandlereinheit an.
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In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst das Fahrzeug des Weiteren eine Steuereinheit, die steuerungstechnisch mit der Wandlereinheit gekoppelt ist zwecks Ausgabe von den Signalen entsprechenden Informationen und/oder Steuerung wenigstens eines Aggregats des Fahrzeugs, wobei die Länge Ld einer Verbindungsleitung zwischen dem Drehzahlsensor und der Wandlereinheit in Bezug zu der Länge Ls einer Verbindungsleitung zwischen der Wandlereinheit und der Steuereinheit in folgendem Verhältnis steht: Ld/Ls = 0,005 bis 0,3.
Vorteilhafterweise beträgt die Länge Ld einer Verbindungsleitung zwischen dem Drehzahlsensor und der Wandlereinheit weniger als 10 cm.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt sind. Es ist dargestellt in
- 1: eine grafische Darstellung einer Verarbeitung eines analogen Signals in ein digitales Signal gemäß dem Stand der Technik,
- 2: die erfindungsgemäße Radlagereinheit in einer perspektivischen Darstellung,
- 3: eine geschnittene Seitenansicht der Radlagereinheit,
- 4: eine grafische Darstellung einer Wandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal mit der erfindungsgemäßen Radlagereinheit,
- 5: eine schematische Darstellung der steuerungstechnischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit und
- 6: eine schematische Darstellung der steuerungstechnischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Radlagereinheit mit Drehrichtungs-Sensor.
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Auf 1 wurde bereits zur Erklärung des Standes der Technik eingegangen.
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In 2 ist die erfindungsgemäße Radlagereinheit 1 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt.
Die Radlagereinheit 1 umfasst ein erstes Radlager-Element 4, ein zweites Radlager-Element 5 sowie einen Drehzahlsensor 10.
Das erste Radlager-Element 4 ist als ein Flansch ausgestaltet und weist radial außen mehrere Befestigungsbohrungen 50 auf zwecks drehfester Verbindung des ersten Radlager-Elements 4 mit einem Rad (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs.
Das zweite Radlager-Element 5 ist als ein Außenring ausgestaltet und weist radial außen mehrere Befestigungslöcher 51 auf, mit welchen die Radlagereinheit 1 an einem Gehäuse (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs anordbar ist.
Auf der dem ersten Radlager-Element 4 axial gegenüberliegenden Seite des zweiten Radlager-Elements 5 ist der Drehzahlsensor 10 angeordnet. Der Drehzahlsensor 10 ist ringförmig ausgestaltet, wobei an der von den Radlager-Elementen 4, 5 axial abgewandten Seite des Drehzahlsensors 10 ein mit dem Drehzahlsensor 10 verbundener Anschlussstecker 41 angeordnet ist, zum steuerungstechnischen Anschluss der Radlagereinheit 1 bzw. des Drehzahlsensors 10 an eine hier nicht gezeigte Steuereinheit eines Fahrzeugs.
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3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht der Radlagereinheit 1.
Hier ist ersichtlich, dass die Radlagereinheit 1 neben dem ersten Radlager-Element 4 als Flansch und dem zweiten Radlager-Element 5 als Außenring zudem einen Innenring 7 umfasst. Der Innenring 7 ist dabei fest mit dem ersten Radlager-Element 4 verbunden. Eine Relativ-Drehung zwischen dem zweiten Radlager-Element 5 als Außenring und dem ersten Radlager-Element 4 als Flansch bzw. dem Innenring 7 um eine Rotationsachse 3 des Radlagers 1 ist mittels eines zweireihigen Kugellagers 6 ermöglicht. Dabei laufen Wälzkörper eines ersten Wälzkörpersatzes 52 zwischen dem ersten Radlager-Element 4 und zweiten Radlager-Element 5 und Wälzkörper eines zweiten Wälzkörpersatzes 53 zwischen dem zweiten Radlager-Element 5 und dem Innenring 7.
Des Weiteren zeigt 3, dass der Drehzahlsensor 10 einen ringförmigen Permanentmagneten 11 sowie eine ringförmige Spule 12 aufweist, welche axial unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Der ringförmige Permanentmagnet 11 ist dabei über ein erstes Halteblech 13 fest mit dem Innenring 7 verbunden. Die ringförmige Spule 12 ist mit einem zweiten Halteblech 14 verbunden, wobei das zweite Halteblech 14 ein Gehäuse 2 der Radlagereinheit 1 trägt und dieses Gehäuse 2 drehfest mit der zweiten Radlager-Element 5 verbindet.
Im Gehäuse 2 der Radlagereinheit 1 ist zudem eine Wandlereinheit 20 angeordnet, so dass die Wandlereinheit 20 in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Drehzahlsensor 10 bzw. der ringförmigen Spule 12 des Drehzahlsensors 10 positioniert ist.
Bei Relativ-Drehung zwischen Innenring 7 und zweitem Radlager-Element 5 drehen auch der ringförmige Permanentmagnet 11 und die ringförmige Spule 12 relativ zueinander. Durch eine derartige Relativ-Drehung wird eine Spannung in der ringförmigen Spule 12 induziert, welche somit als passiver induktiver Sensor fungiert und ein Spannungssignal als analoges sinusförmiges Signal ausgibt. Das analoge Signal wird an die in unmittelbarer räumlicher Nähe angeordnete Wandlereinheit 20 geleitet, welche das analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt.
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In 4 ist eine grafische Darstellung einer Verarbeitung eines analogen Signals in ein digitales Signal mit der erfindungsgemäßen Radlagereinheit 1 dargestellt.
Im Gegensatz zu 1 ist klar ersichtlich, dass der Verlauf des analogen Signales 31 deutlich weniger Rauschen 33 aufweist, wodurch die Grenzwerte 21, 22 nah an die Null-Linie gelegt werden können, da einzelne Ausschläge im Signalverlauf nicht derart groß sind, dass sie unabhängig vom Gesamt-Schwingungsverlauf des Signals zur Über-bzw. Unterschreitung der Grenzwerte 21, 22 führen. Entsprechend erzeugt die Wandlereinheit auch bei geringer Drehzahl respektive geringerer Amplitude im analogen Signal noch ein digitales Signal, wodurch die Erfassung der Drehzahl auch bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten ermöglicht wird. Das geringe Rauschen 33 wird insbesondere dadurch erreicht, dass, wie in 3 ersichtlich, die Wandlereinheit in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Drehzahlsensor angeordnet ist, so dass der Einfluss von z.B. Magnetfeldern oder Funkwellen auf die steuerungstechnische Verbindung zwischen Wandlereinheit und Drehzahlsensor, welche das Rauschen 33 verursachen, minimiert wird.
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5 zeigt nun eine schematische Darstellung der steuerungstechnischen Komponenten einer Radlagereinheit.
Diese sind hier ein induktiver Drehzahlsensor 10 sowie eine Wandlereinheit 20, wobei die Wandlereinheit 20 als aktiver Schaltkreis 46 ausgestaltet ist und eine Spannungsbegrenzungs-Einheit 43, einen Schmitt-Trigger 42 sowie eine Ausgangsstufe 44 umfasst.
Das vom induktiven Drehzahlsensor 10 ausgegebene analoge Signal wird zunächst an die Spannungsbegrenzungs-Einheit 43 geleitet. Danach wird das analoge Signal an den Schmitt-Trigger 42 übertragen, welcher dieses in ein digitales Signal umwandelt. Das digitale Signal wird nun an die Ausgangsstufe 44 übertragen, um an einen definierten Strompegel einer Steuereinheit (hier nicht dargestellt) angepasst zu werden, mit dem die Steuereinheit das erhaltene digitale Signal verarbeiten kann zwecks Ausgabe von den Signalen entsprechenden Informationen und/oder Steuerung wenigstens eines Aggregats eines mit der Radlagereinheit ausgestatteten Fahrzeugs.
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In 6 ist eine schematische Darstellung der steuerungstechnischen Komponenten einer Radlagereinheit ergänzt um einen Drehrichtungs-Sensor 40 gezeigt.
Der Drehrichtungs-Sensor 40 ist dabei mit einer zusätzlichen Logikeinheit 45 steuerungstechnisch verbunden, welche zur Weiterleitung der Drehrichtungs-Information im aktiven Schaltkreis 46 dient und dort zwischen Schmitt-Trigger 42 und Ausgangsstufe 44 integriert ist.
Damit werden die Information über die Drehzahl zusammen mit der Information über die Drehrichtung von der Radlagereinheit in das an die Steuereinheit des Fahrzeugs zu leitende Ausgangssignal integriert.
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Mit der erfindungsgemäßen Radlagereinheit sowie dem damit ausgestatteten Fahrzeug lässt sich zuverlässig und präzise eine Drehzahl eines Radlagers erfassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radlagereinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Rotationsachse
- 4
- erstes Radlager-Element
- 5
- zweites Radlager-Element
- 6
- Kugellager
- 7
- Innenring
- 10
- Drehzahlsensor
- 11
- ringförmiger Permanentmagnet
- 12
- ringförmige Spule
- 13
- erstes Halteblech
- 14
- zweites Halteblech
- 20
- Wandlereinheit
- 21
- erster Grenzwert
- 22
- zweiter Grenzwert
- 23
- erster Signalpegel
- 24
- zweiter Signalpegel
- 30
- Verlauf der tatsächlichen Drehzahl
- 31
- analoges Signal
- 32
- digitales Signal
- 33
- Rauschen
- 34
- Fehler
- 40
- Drehrichtungs-Sensor
- 41
- Anschlussstecker
- 42
- Schmitt-Trigger
- 43
- Spannungsbegrenzungs-Einheit
- 44
- Ausgangsstufe
- 45
- Logikeinheit
- 46
- aktiver Schaltkreis
- 50
- Befestigungsbohrung
- 51
- Befestigungslöcher
- 52
- erster Wälzkörpersatz
- 53
- zweiter Wälzkörpersatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 438624 B1 [0002]
- EP 530580 B1 [0002]
- DE 102007023385 A1 [0002]
- DE 102013225806 A1 [0002]
- EP 922230 A1 [0002]
- EP 743526 A1 [0002]
- EP 944888 A1 [0002]
