DE102021211635A1

DE102021211635A1 - Radnabenanordnung mit außenliegenden Sensoren zur Vermeidung von Störungen

Info

Publication number: DE102021211635A1
Application number: DE102021211635.3A
Authority: DE
Inventors: Gerrit-Jan Dop; Alessandro FERRERO; Mathieu Hubert; Bernardus Maria Koperdraad; Stijn van Eesbeek
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2022-04-28
Also published as: IT202000024982A1; CN114379279A; US11673423B2; US20220126628A1

Abstract

Eine Radnabenanordnung umfasst eine innere und eine äußere Nabe, die durch einen ersten und einen zweiten Kugelsatz von Rollen drehbar miteinander verbunden sind. Eine Mehrzahl von Sensoren zur Erfassung der von den Kugelsätzen erzeugten Dehnung innerhalb der äußeren Nabe ist an äußeren Montageflächenabschnitten angeordnet. Diese Flächenabschnitte sind in radialen Abständen innerhalb empirisch abgeleiteter radialer Grenzen angeordnet, um zu verhindern, dass Störungen von einem Kugelsatz die Messungen der Sensoren beeinflussen, die den anderen Kugelsatz überwachen. Um eine übermäßige Verzerrung der Dehnungsmessungen durch die äußere Nabe zu verhindern, ist eine bestimmte Menge an Nabenmaterial erforderlich, um die Signale zu glätten, die von den ersten und zweiten Rollen erzeugt werden, die in der Nähe jedes Sensors vorbeilaufen, was sich auf die radiale Lage der Montageflächen auswirkt. Weiter sind die Abschnitte der Sensormontagflächen innerhalb empirisch abgeleiteter axialer Grenzen angeordnet, die so festgelegt wurden, dass jeder Sensor die Dehnung von einem Kugelsatz erfassen kann, während die Erfassung der vom anderen Kugelsatz erzeugten Dehnung vermieden wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lager, insbesondere auf sensorisierte Radnabenanordnungen.
Radnabenanordnungen oder Radnabenlager sind allgemein bekannt und werden zur drehbaren Verbindung von Rädern mit Fahrzeugen verwendet. Solche Anordnungen umfassen eine innere Nabe, eine um die innere Nabe angeordnete äußere Nabe und eine oder zwei Reihen von Wälzkörpern, die die innere und die äußere Nabe verbinden. Eine Nabe ist fest und die andere dreht sich um eine zentrale Achse, so dass sich das Rad in Bezug auf das Fahrzeug drehen kann. Bestimmte Radnabenanordnungen sind „sensorisiert“ oder mit einem oder mehreren Sensoren versehen, um bestimmte Eigenschaften der Nabenanordnung, wie z. B. Drehgeschwindigkeit, winkelförmige Position usw., zu bestimmen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine sensorgesteuerte Radnabenanordnung zur drehbaren Verbindung eines Rades mit zumindest einer Welle und einem Fahrgestell. Die Anordnung umfasst eine innere Nabe, die um eine zentrale Achse drehbar ist und gegenüberliegende innere und äußere axiale Enden aufweist, wobei sich ein radialer Flansch von dem äußeren axialen Ende nach außen erstreckt und mit dem Rad verbindbar ist. Die innere Nabe hat weiter eine innere Umfangsfläche, die eine zentrale Bohrung zur Aufnahme der Welle definiert, und eine gegenüberliegende äußere Umfangsfläche, wobei die äußere Fläche einen inneren Innenlaufring und einen äußeren Innenlaufring bereitstellt, der axial von dem inneren Innenlaufring beabstandet ist. Eine äußere Nabe ist um die innere Nabe herum angeordnet, kann mit dem Chassis verbunden werden und hat ein inneres und ein äußeres axiales Ende, eine äußere Umfangsfläche und eine innere Umfangsfläche, wobei die innere Fläche einen inneren Außenlaufring und einen äußeren Außenlaufring bereitstellt, die axial von dem inneren Außenlaufring beabstandet sind. Weiter ist ein erster Satz erster Rollen zwischen dem inneren Innenlaufring und dem inneren Außenlaufring angeordnet und berührt den inneren Außenlaufring entlang einer ersten kreisförmigen Kontaktbahn, wobei der Mittelpunkt jeder ersten Rolle einen ersten Teilkreis um die Mittelachse durchläuft. Jede senkrechte Linie, die sich zwischen der Kontaktbahn und dem Teilkreis erstreckt, definiert einen ersten Winkel (α1) in Bezug auf jede radiale Ebene durch die Mittelachse und schneidet die Mittelachse in einem ersten Schnittpunkt. Ein zweiter Satz zweiter Rollen ist zwischen dem äußeren Innenlaufring und dem äußeren Außenlaufring angeordnet und berührt den äußeren Außenlaufring entlang einer zweiten kreisförmigen Kontaktbahn, wobei der Mittelpunkt jeder zweiten Rolle einen zweiten Teilkreis um die Mittelachse durchläuft. Jede senkrechte Linie, die sich zwischen der zweiten Kontaktbahn und dem zweiten Teilkreis erstreckt, definiert einen zweiten Winkel (α2) in Bezug auf eine beliebige Radialebene durch die Mittelachse und schneidet die Mittelachse in einem zweiten Schnittpunkt, wobei der erste und der zweite Schnittpunkt um einen axialen Abstand (DA) voneinander beabstandet sind. Ferner sind zumindest ein und vorzugsweise mehrere Sensoren jeweils dazu ausgelegt, eine von einem der ersten und zweiten Kugelsätze erzeugte Dehnung innerhalb der äußeren Nabe zu erfassen, und die äußere Nabe weist zumindest einen äußeren Sensor-Montageflächenabschnitt auf, der in einem radialen Abstand (RS) von der Mittelachse angeordnet ist, wobei der zumindest eine Sensor auf dem Montageflächenabschnitt angeordnet ist. Der radiale Abstand hat einen Wert, der kleiner ist als ein radialer Grenzabstand (RB), der wie folgt definiert ist: RS < RB = [DA × sin (90°-α1) × sin (90°-α2)] / sin (α1 + α2).
Um eine übermäßige Verzerrung der Dehnungsmessungen oder -signale durch die äußere Nabe zu verhindern, ist außerdem eine bestimmte Menge an Nabenmaterial erforderlich, um die Signale zu „glätten“, die von den ersten und zweiten Rollen erzeugt werden, die sich in der Nähe jedes Sensors befinden. Daher muss die äußere Nabe eine bestimmte Mindestmaterialdicke aufweisen, was dazu führt, dass die erste und zweite radiale Dicke zwischen jedem der ersten und zweiten Laufringe und der Außenfläche der äußeren Nabe jeweils einen Wert von zumindest drei Millimetern hat.
Zusätzlich sind zur Überwachung des ersten oder inneren Kugelsatzes ein oder mehrere Montageflächenabschnitte axial zwischen ersten und zweiten Umfangsbegrenzungslinien auf einer ersten zylindrischen Begrenzungsfläche mit einem Durchmesser des doppelten radialen Abstands angeordnet. In ähnlicher Weise sind zur Überwachung des zweiten oder äußeren Kugelsatzes ein oder mehrere Montageflächenabschnitte axial zwischen einer dritten und einer vierten Umfangsbegrenzungslinie auf einer zweiten zylindrischen Begrenzungsfläche mit einem Durchmesser des doppelten radialen Abstands angeordnet.
Figurenliste
Die vorstehende Zusammenfassung sowie die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Zur Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen, die schematisch dargestellt sind, Ausführungsformen gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt sind. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten genauen Anordnungen und Instrumente beschränkt ist. In den Zeichnungen ist:

1 eine axiale Querschnittsansicht einer Radnabenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit einem Rad, einem Fahrgestell und einer Welle verbunden gezeigt ist;
2 eine vergrößerte, aufgerissene Ansicht eines oberen Abschnitts von 1, die getrennt von anderen Fahrzeugkomponenten dargestellt ist;
3 eine Ansicht einer inneren Nabe der Radnabenanordnung in Seitenansicht;
4 eine axiale Querschnittsansicht einer äußeren Nabe der Radnabenanordnung, die mit Taschen dargestellt ist, die Oberflächenabschnitte für die Montage des Sensors bereitstellen;
5 eine aufgerissene Ansicht eines oberen Abschnitts von 4, die ein bevorzugtes Verfahren zum Festlegen der radialen Position von SensorMontageflächenabschnitten an einer äußeren Nabe zeigt, die mit ringförmigen Taschen bereitgestellt ist;
6 eine weitere Ansicht des Abschnitts der oberen Nabe von 5, die ein bevorzugtes Verfahren zur Festlegung der axialen Begrenzungen für die Abschnitte der Sensormonatgeflächen zeigt;
7 eine aufgerissene Ansicht einer äußeren Nabe, die mit SensorMontageflächenabschnitten gebildet ist, die direkt auf einer Nabenaußenfläche bereitgestellt sind, die das bevorzugte Verfahren zur Lokalisierung der radialen Position der Sensor-Montageflächenabschnitte zeigt;
8 eine weitere Ansicht des Abschnitts der oberen Nabe aus 7, die das bevorzugte Verfahren zum Festlegen der axialen Grenzen für die Oberflächenabschnitte zur Sensormontage zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe von einem inneren Ende aus, die mit durchgehenden, umfänglichen Oberflächenabschnitten für die Sensormontage dargestellt ist;
10 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe aus 9 von einem äußeren Ende aus, die mit kontinuierlichen, umlaufenden Oberflächenabschnitten zur Befestigung des Sensors dargestellt ist;
11 eine aufgerissene, axiale Querschnittsansicht der äußeren Nabe aus 9;
12 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe, die von einem innenliegenden Ende aus aufgenommen ist und kontinuierliche, umlaufende Sensormontageflächenabschnitte aufweist, die jeweils in einer Nut gebildet sind;
13 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe aus 12, die von einem äußeren Ende aus aufgenommen ist, die mit kontinuierlichen, umlaufenden Oberflächenabschnitten zur Montage von Sensoren in Nuten gezeigt ist;
14 eine aufgerissene, axiale Querschnittsansicht der äußeren Nabe aus 12;
15 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe von einem innenliegenden Ende aus, die mit einem Satz bogenförmiger, umfänglich beabstandeter Taschen dargestellt ist, die Oberflächenabschnitte für die Montage von Sensoren bereitstellen;
16 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe aus 15, die von einem äußeren Ende aus aufgenommen ist, die mit einem Satz bogenförmiger, in Umfangsrichtung beabstandeter Taschen gezeigt ist;
17 ein radialer Querschnitt der Nabe aus 15;
18 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe von einem innenliegenden Ende aus, die einen Satz bogenförmiger Taschen aufweist, die in einen ringförmigen Verstärkungsflansch eingearbeitet sind und die die kontinuierlichen, umfänglichen Oberflächenabschnitte für die Montage des Sensors bereitstellen;
19 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe aus 18, aufgenommen von einem äußeren Ende, dargestellt mit einem Satz von bogenförmigen, umfänglich beabstandeten Taschen;
20 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe von einem innenliegenden Ende aus, die einen Satz bogenförmiger Abflachungen zeigt, die die kontinuierlichen, umfänglichen Oberflächenabschnitte für die Montage des Sensors bereitstellen;
21 eine perspektivische Ansicht einer äußeren Nabe aus 20 von einem äußeren Ende aus, die den Satz bogenförmiger, umfänglich beabstandeter Abflachungen zeigt; und
22 eine schematischere Ansicht der Radnabenanordnung im teilweisen axialen Querschnitt, die einen bevorzugten Signalaufbereiter und Prozessor zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Bestimmte Begriffe werden in der folgenden Beschreibung nur der Einfachheit halber verwendet und sind nicht einschränkend. Die Wörter „innen“, „nach innen“ und „außen“, „nach außen“ beziehen sich auf Richtungen zu bzw. weg von einer bestimmten Mittellinie oder einem geometrischen Mittelpunkt eines beschriebenen Elements, wobei die jeweilige Bedeutung aus dem Kontext der Beschreibung leicht ersichtlich ist. Weiter sollen die hier verwendeten Begriffe „verbunden“ und „gekoppelt“ jeweils direkte Verbindungen zwischen zwei Elementen ohne dazwischen eingefügte andere Elemente und indirekte Verbindungen zwischen Elementen, bei denen ein oder mehrere andere Elemente dazwischen eingefügt sind, umfassen. Die Terminologie umfasst die oben spezifisch erwähnten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Zahlen zur Kennzeichnung gleicher Elemente verwendet werden, ist in den 1-19 eine sensorgesteuerte Radnabenanordnung 10 zur drehbaren Verbindung eines Rades 1 mit einer Welle 2 und/oder einem Fahrgestell 3 eines Fahrzeugs (z.B. eines PKW, LKW usw.) dargestellt. Die Radnabenanordnung 10 umfasst im Wesentlichen eine innere Nabe 12, die vorzugsweise um eine zentrale Achse A_C drehbar ist, eine feststehende, um die innere Nabe 12 angeordnete äußere Nabe 14 sowie einen ersten und einen zweiten Kugelsatz 17, 19 von Rollen 16 bzw. 18, die zwischen der inneren und der äußeren Nabe 12, 14 angeordnet und axial voneinander beabstandet sind. Zumindest einer und vorzugsweise mehrere Sensoren 20 sind ausgelegt, die von einem der ersten und zweiten Kugelsätze 17 oder 19 erzeugte Dehnung innerhalb der äußeren Nabe 14 zu erfassen. Jeder Sensor 20 ist auf einem äußeren Montageflächenabschnitt 22 der äußeren Nabe 14 angeordnet, der so platziert ist, um ein „Übersprechen“ zu vermeiden, d.h. die Störung der von einem der Kugelsätze 17 oder 19 erzeugten Dehnung, die die Ergebnisse von Dehnungsmessungen beeinflusst, die an dem anderen Kugelsatz 19, 17 vorgenommen werden, wie nachstehend im Detail beschrieben wird.
Wie in den 1-3 gezeigt, umfasst die innere Nabe 12 einen allgemein zylindrischen oder rohrförmigen Körper 24 mit gegenüberliegenden inneren und äußeren axialen Enden 24a bzw. 24b, einer inneren Umfangsfläche 26 und einer gegenüberliegenden äußeren Umfangsfläche 28. Vorzugsweise erstreckt sich ein radialer Flansch 30 von dem äußeren axialen Ende 24b nach außen und kann mit dem Rad 1 verbunden werden, um das Rad 1 am Fahrzeug zu befestigen. Die innere Umfangsfläche 26 definiert eine zentrale Bohrung B zur Aufnahme der Welle 2 und umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Verzahnungen (nicht angegeben), die mit einem Satz von Verzahnungen der Welle 2 zusammenpassen oder gekoppelt werden können. Außerdem ist auf der äußeren Umfangsfläche 28 ein innerer Innenlaufring 32, vorzugsweise auf einem ringförmigen Einsatz 33, und ein äußerer Innenlaufring 34 bereitgestellt, der von dem inneren Innenlaufring 32 axial beabstandet ist.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 4-8 ist die äußere Nabe 14 mit dem Fahrgestell 3 verbindbar (d.h. über einen Achsschenkel oder eine Aufhängung) und umfasst einen allgemein zylindrischen oder rohrförmigen Körper 40. Der rohrförmige Körper 40 hat ein inneres und ein äußeres axiales Ende 40a bzw. 40b, eine äußere Umfangsfläche 42 und eine innere Umfangsfläche 44. Die Nabenaußenfläche 42 ist mit einem oder mehreren Sensormontageflächenabschnitten 22 versehen, wie nachstehend im Einzelnen beschrieben, und eine oder mehrere Befestigungsnasen 49 erstrecken sich von der Außenfläche 42 radial nach außen und können mit dem Achsschenkel oder der Aufhängung verbunden werden. Die Innenfläche 44 ist mit einem inneren Außenlaufring 46 und einem äußeren Außenlaufring 48 versehen, der axial von dem inneren Außenlaufring 46 beabstandet ist. Weiterhin ist eine erste radiale Dicke t_R1 zwischen dem inneren Außenlaufring 46 und dem zumindest einen Abschnitt der Montagefläche 22 und eine zweite radiale Dicke t_R2 zwischen dem äußeren Außenlaufring 48 und dem zumindest einen Abschnitt der Montagefläche 22 des Sensors definiert. Jede der ersten und zweiten radialen Dicken t_R1, t_R2 hat einen Wert von zumindest drei Millimetern, aus Gründen, die unten diskutiert werden.
Wie in den 1, 2 und 4-8 gezeigt, ist der erste Kugelsatz 17 der ersten Rollen 16 zwischen dem inneren Innenlaufring 32 und dem inneren Außenlaufring 46 angeordnet, wobei jede erste Rolle 16 einen ersten Durchmesser DR₁ aufweist. In ähnlicher Weise ist der zweite Kugelsatz 19 der Rollen 18 zwischen dem äußeren Innenlaufring 34 und dem äußeren Außenlaufring 48 angeordnet, wobei jede zweite Rolle 18 einen zweiten Durchmesser DR₂ hat. Die beiden Kugelsätze 17, 19 koppeln die innere und die äußere Nabe 12, 14 drehbar, so dass sich die innere Nabe 12 in der äußeren Nabe 14 und um die Mittelachse A_C dreht.
Wie in den 2 und 4-8 angedeutet, berühren die ersten Kugelsätze 17 der ersten Rollen 16 den inneren Außenlaufring 46 entlang einer ersten kreisförmigen Kontaktbahn CP₁ und berühren in ähnlicher Weise den inneren Innenlaufring 32 entlang einer entsprechenden kreisförmigen Kontaktbahn (nicht angedeutet), während die Mitte jeder ersten Rolle 16 einen ersten Teilkreis PC₁ um die zentrale Achse A_C durchläuft. Diese Kontaktbahnen CP₁ sind gegenüber einer Ebene PL₁, die den Teilkreis PC₁ enthält, versetzt, damit die Radnabenanordnung 10 sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufnehmen kann, wie es in der Lagertechnik allgemein bekannt ist. So definiert jede senkrechte Linie LP₁, die sich zwischen der Kontaktbahn CP₁ und dem Teilkreis PC₁ erstreckt, einen ersten Kontaktwinkel α1 in Bezug auf eine beliebige radiale Ebene (z. B. die Ebene PL₁) durch die Mittelachse A_C, wie es den Fachleuten in der Technik der Lager wohl bekannt ist. Eine solche Linie LP₁ kann so verlängert werden, dass sie die Mittelachse Ac in einem ersten Schnittpunkt IP₁ schneidet, wie nachstehend erläutert.
Entsprechend berührt der zweite Kugelsatz 19 der zweiten Rollen 18 den äußeren Außenlaufring 48 entlang einer zweiten kreisförmigen Kontaktbahn CP₂ und berührt ebenfalls den äußeren Innenlaufring 34 entlang einer kreisförmigen Kontaktbahn (nicht angegeben), während der Mittelpunkt jeder zweiten Rolle 18 einen zweiten Teilkreis PC₂ um die Mittelachse A_C durchläuft. Wie beim ersten Kugelsatz 17 definiert jede senkrechte Linie LP₂, die sich zwischen der zweiten Kontaktbahn CP₂ und dem zweiten Teilkreis PC₂ erstreckt, einen zweiten Winkel α2 in Bezug auf eine beliebige radiale Ebene (z. B. PL₂) durch die Mittelachse A_C. Eine solche Linie LP₂ kann so verlängert werden, dass sie die Mittelachse A_C in einem zweiten Schnittpunkt IP₂ schneidet, wobei der erste und der zweite Schnittpunkt IP₁, IP₂ um einen axialen Abstand DA voneinander beabstandet sind, der weiter unten näher erläutert wird.
In bestimmten, derzeit bevorzugten Konstruktionen, wie sie in den 1, 2 gezeigt sind, sind die ersten Rollen 16 des ersten Kugelsatzes 17 jeweils diametral größer dimensioniert als die Rollen 18 des zweiten Kugelsatzes 19. Die Rollen 16, 18 können jedoch auch im Wesentlichen gleich groß sein (nicht dargestellt) oder die zweiten Rollen 18 können größer als die ersten Rollen 16 sein (nicht dargestellt). Weiter sind die Wälzkörper 16, 18 vorzugsweise kugelförmige Rollen oder „Kugeln“, können aber stattdessen auch als jede andere Art von Wälzkörper (z.B. Zylinder, Nadeln, Toroidale, etc.) gebildet werden oder/und können von unterschiedlicher Art sein, wie z.B. eine Kombination von kugelförmigen Rollen 16 und zylindrischen Rollen 18.
Wie in den 9-21 gezeigt, weist die äußere Nabe 14 zumindest einen durchgehenden, umfänglichen Sensor-Montageflächenabschnitt 23 oder/und einen Satz 27 aus einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten, bogenförmigen Montageflächenabschnitten 25 auf, die sich an bestimmten Stellen befinden, wie nachstehend im Detail beschrieben wird/werden. Außerdem umfasst der zumindest eine Sensor 20 vorzugsweise zumindest einen Satz 21 aus einer Mehrzahl von Sensoren 20, die jeweils auf dem durchgehenden, in Umfangsrichtung beabstandeten Montageflächenabschnitt 23 angeordnet sind, oder die jeweils auf einem separaten der bogenförmigen Montageflächenabschnitte 25 angeordnet sind. Ein einziger Satz 21 der Sensoren 20 kann in Anwendungen verwendet werden, in denen es gewünscht ist, die Belastung nur eines der Kugelsätze 17, 19 zu analysieren.
In den meisten Konstruktionen umfasst die Radnabenanordnung 10 jedoch vorzugsweise zwei Sätze 21A, 21B der Sensoren 20, nämlich einen ersten Satz 21A der Sensoren 20, der angeordnet ist, die von dem ersten Kugelsatz 17 erzeugte Belastung zu erfassen, und einen zweiten Satz 21B der Sensoren 20, der angeordnet ist, die von dem zweiten Kugelsatz 19 erzeugte Belastung zu erfassen. Die äußere Nabe 14 hat zwei durchgehende Montageflächenabschnitte 23A, 23B oder zwei Sätze 27A, 27B von bogenförmigen Montageflächenabschnitten 25 oder eine Kombination aus einem einzigen durchgehenden Flächenabschnitt 23 und einem Satz 27 von bogenförmigen Flächenabschnitten 25. Genauer gesagt ist bei bestimmten Anwendungen, wie in den 7-14 gezeigt, die äußere Nabe 14 mit einem ersten und einem zweiten, axial beabstandeten, kontinuierlichen, umlaufenden Oberflächenabschnitt 23A, 23B zur Montage des Sensors gebildet, die jeweils im Allgemeinen an einen separaten der Außenlaufringe 46, 48 angrenzen. Bei anderen Konstruktionen, wie sie in den 15-21 dargestellt sind, ist die äußere Nabe 14 mit ersten und zweiten, axial beabstandeten Sätzen 27A, 27B einer Mehrzahl von umfänglich beabstandeten, bogenförmigen Montageflächenabschnitten 25 versehen. Obwohl nicht dargestellt, kann die äußere Nabe 14 mit einer Kombination aus einem durchgehenden Montageflächenabschnitt 23 und einem Satz 27 von bogenförmigen Montageflächenabschnitten 25 gebildet sein.
Weiter ist je nach der besonderen Struktur einer bestimmten äußeren Nabe 14 jeder Sensor 20 des ersten Sensorsatzes 21A auf dem ersten durchgehenden umlaufenden Montageflächenabschnitt 23A oder auf einem separaten der bogenförmigen Montageflächenabschnitte 25 des ersten Satzes 27A von bogenförmigen Montageflächenabschnitten 25 angeordnet. Ebenso ist jeder Sensor 20 des zweiten Sensorsatzes 21B auf dem zweiten kontinuierlichen umlaufenden Montageflächenabschnitt 23B oder auf einem separaten der bogenförmigen Montageflächenabschnitte 25 des zweiten Satzes 27B der bogenförmigen Montageflächenabschnitte 25 angeordnet. Obwohl in den Figuren zumindest allgemein axial ausgerichtet dargestellt (z.B. wie in 9, 10, 18 und 19), können die Sensoren 20 jedes Sensorsatzes 21A, 21B „versetzt“ oder an unterschiedlichen winkelförmigen oder umfänglichen Positionen im Vergleich zu den Sensoren 20 des anderen Sensorsatzes 21B, 21A angeordnet sein.
Um sicherzustellen, dass jeder der ein oder mehreren Sensoren 20 nur die von einem der beiden Kugelsätze 17 oder 19 erzeugte Dehnung erfasst und daran gehindert wird, die Dehnung des anderen Kugelsatzes 19, 17 zu erfassen - ein Phänomen, das als „Übersprechen“ bezeichnet wird, wie nachstehend erörtert wird -, sind die äußeren Abschnitte der Sensormontagefläche 22 innerhalb empirisch ermittelter Grenzen angeordnet, innerhalb derer das Übersprechen im Wesentlichen minimal oder vernachlässigbar ist, siehe 5-8. Genauer gesagt ist die äußere Nabe 14 mit äußeren Montageflächenabschnitten 22 gebildet (z. B. mit geschmiedeten Abmessungen) oder damit versehen (z. B. durch maschinelle Bearbeitung), die innerhalb vorgeschriebener radialer und axialer Grenzen liegen, die so festgelegt sind, dass sie die daran befestigten Sensoren 20 im Wesentlichen von den Auswirkungen des Übersprechens abschirmen oder isolieren. Erstens sind der eine oder die mehreren an den Sensoren befestigten Flächenabschnitte 22 in einem radialen Abstand RS von der Mittelachse A_C angeordnet, der einen Wert hat, der kleiner ist als ein radialer Grenzabstand RB, der wie folgt definiert und in den 5 und 7 dargestellt ist: $RS<RB= [DA \times sin (90 ° - α1) \times sin (90 ° - α 2)] / sin (α 1 + α 2)$
Der radiale Grenzabstand RB entspricht auch dem radialen Abstand (von der Mittelachse Ac) des Schnittpunkts A einer der beiden Linien LP₁, LP₂, die sich zwischen jedem Teilkreis PC₁, PC₂ und der zugehörigen Kontaktbahn CP₁, CP₂ erstrecken, die in derselben Ebene (ohne Angabe) liegen, die die Mittelachse A_C enthält, wie in den 5 und 7 dargestellt ist. Obwohl die Montageflächenabschnitte 22 für jeden Sensorsatz 21A, 21B vorzugsweise in im Wesentlichen demselben radialen Abstand RS angeordnet sind, können der oder die Montageflächenabschnitte 22 für jeden der beiden Sensorsätze 21A, 21B stattdessen in unterschiedlichen ersten und zweiten radialen Abständen RS₁ bzw. RS₂ angeordnet sein.
Um eine übermäßige Verzerrung der durch die äußere Nabe 14 aufgenommenen Dehnungsmessungen oder -signale zu verhindern, ist weiterhin eine bestimmte Menge an Nabenmaterial erforderlich, um die von den Rollen 16 oder 18 erzeugten Dehnungssignale zu „glätten“, wenn sie in der Nähe jedes Sensors 20 vorbeilaufen. Diese minimale Materialanforderung ist der Grund dafür, dass die Nabe 14 die erste und zweite radiale Dicke t_R1, t_R2 mit einem Wert von zumindest drei Millimetern (3 mm) aufweist, wie oben beschrieben. Darüber hinaus beeinflusst der Wert der ersten und zweiten radialen Dicke t_R1, t_R2 den radialen Abstand RS der Sensormonatgeflächenabschnitte 22.
Insbesondere werden die Durchmesser DR₁, DR₂ der Rollen 16, 18, die Durchmesser DP₁, DP₂ der Teilkreise PC₁, PC₂ und die Lage der Kugelkontaktbahnen CP₁, CP₂ (und damit die Kontaktwinkel α1, α2) durch die Belastungsanforderungen jedes Kugelsatzes 17, 19 bestimmt. Um die erforderlichen radialen Dicken t_R1, t_R2 bereitzustellen, muss daher der radiale Abstand RS einer beliebigen Sensormonatgefläche 22 größer sein als die Summe aus dem halben Durchmesser DP₁, DP₂ eines jeden Teilkreises PC₁, PC₂, dem halben Durchmesser DR₁, DR₂ einer jeden Rolle 16, 18 bzw. der Mindestmaterialdicke t_R1, t_R2, wie im Folgenden ausgedrückt: $RS > ({DP}_{N} /2) + ({DR}_{N} /2) + 3 {mm; wobei DP}_{N} {=DP}_{1} {oder DP}_{2} {und DR}_{N} {=DR}_{1} {oder DR}_{2}$
Daher kann der radiale Abstand RS (oder RS₁ und RS₂) für jede der Montageflächen 20 der beiden bevorzugten Sensorsätze 21A, 21B durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, die sowohl die Übersprech- als auch die Signalverzerrungsüberlegungen berücksichtigt: $({DP}_{N} /2) + ({DR}_{N} /2) + 3 mm < RS<RB= [DA \times sin (90 ° - α1) \times sin (90 ° - α 2)] / sin (α 1 + α 2)$
Bezugnehmend auf die 6 und 8 sollten die Abschnitte der Sensormontageflächen 20 zusätzlich zu den radialen Abstandsüberlegungen, wie sie oben im Detail diskutiert wurden, innerhalb bestimmter, empirisch oder experimentell ermittelter axialer Grenzen angeordnet werden, um sowohl die Erfassung von Dehnungen zu ermöglichen, die durch den zu überwachenden Kugelsatz 17, 19 erzeugt werden, als auch ein Übersprechen zu vermeiden, wie oben und weiter unten beschrieben. Erstens ist zur Überwachung des ersten oder inneren Kugelsatzes 17 der erste durchgehende, umlaufende Sensormonatgeflächenabschnitt 23A oder der erste Satz 27A bogenförmiger Montageflächenabschnitte 25 vorzugsweise axial zwischen der ersten und zweiten umlaufenden Begrenzungslinie BL₁, BL₂ auf einer ersten zylindrischen Begrenzungsfläche BS₁ mit einem Durchmesser des doppelten radialen Abstands RS₁ angeordnet. Die erste Umfangsbegrenzungslinie BL₁ ist definiert als der Schnittpunkt der ersten zylindrischen Begrenzungsfläche BS₁ mit einer beliebigen geraden Linie LS₁, die sich vom ersten Teilkreis PC₁ in Richtung auf das äußere axiale Nabenende 40b erstreckt, die einen Winkel β1 in Bezug auf eine beliebige Ebene (z.B. PL₁) senkrecht zur Mittelachse A_C bildet, der einen Wert von fünfzehn Grad (15°) größer als der erste Berührungswinkel α1 hat, und die um die Mittelachse Ac gedreht worden ist. Außerdem ist die zweite Umfangsgrenzlinie BL₂ definiert als der Schnittpunkt der zylindrischen Grenzfläche BS₁ mit einer beliebigen geraden Linie LS₂, die sich vom inneren Teilkreis PC₁ in Richtung des inneren axialen Endes 40a der äußeren Nabe erstreckt, die einen Winkel γ1 in Bezug auf eine beliebige Ebene (z.B. PL₁) senkrecht zur Mittelachse Ac bildet, der einen Wert von fünfundvierzig Grad (45°) hat, und die um die Mittelachse Ac gedreht worden ist.
In ähnlicher Weise ist zur Überwachung des äußeren Kugelsatzes 19 der zweite kontinuierliche Umfangssensor-Montageflächenabschnitt 23B oder der zweite Satz 27B von bogenförmigen Montageflächenabschnitten 25 axial zwischen der dritten und vierten Umfangsbegrenzungslinie BL₃ bzw. BL₄ auf einer zweiten zylindrischen Begrenzungsfläche BS₂ angeordnet, die einen Durchmesser des doppelten radialen Abstands RS₂ aufweist. Da der radiale Abstand RS₁ für den Innensensorsatz 21A anders sein kann als der radiale Abstand RS₂ für den Außensensorsatz 21B, ist zu beachten, dass die Begrenzungsflächen BS₁, BS₂ nicht deckungsgleich (d. h. mit demselben Durchmesser), sondern lediglich koaxial sein können. In jedem Fall ist die dritte Umfangsbegrenzungslinie BL₃ definiert als der Schnittpunkt der zweiten zylindrischen Begrenzungsfläche BS₂ mit einer beliebigen geraden Linie LS₃, die sich vom äußeren Teilkreis PC₂ in Richtung auf das innere axiale Ende 40a der äußeren Nabe erstreckt, die einen Winkel β₂ in Bezug auf eine beliebige Ebene (z. B. PL₂) senkrecht zur Mittelachse A_C bildet, der einen Wert von fünfzehn Grad (15°) hat, der größer ist als der zweite Berührungswinkel α₂, und die um die Mittelachse Ac gedreht worden ist. Weiter ist die vierte Umfangsbegrenzungslinie BL₄ definiert als der Schnittpunkt der zweiten zylindrischen Begrenzungsfläche BS₂ mit einer beliebigen geraden Linie LS₄, die sich vom äußeren Teilkreis PC₂ in Richtung auf das äußere axiale Ende 40b der äußeren Nabe erstreckt, die einen Winkel γ₂ in Bezug auf eine beliebige Ebene (z.B. PL₂) durch die Mittelachse A_C bildet, der einen Wert von fünfundvierzig Grad (45°) hat, und die um die Mittelachse Ac gedreht wurde.
Mit den oben beschriebenen konstruktiven Einschränkungen ist die äußere Nabe 14 der vorliegenden Radnabenanordnung 10 gebildet, Sensor-Montageflächenabschnitte 20 bereitzustellen, die innerhalb vorgeschriebener radialer und axialer Positionen positioniert sind, um Störungen oder „Übersprechen“ zu vermeiden. Das heißt, Messungen, die von einem Sensor hergestellt werden, der nur einen Kugelsatz überwachen soll, können Belastungen enthalten, die von dem anderen Kugelsatz erzeugt werden, und dieses Phänomen kann als „Übersprechen“ bezeichnet werden. Insbesondere führt eine solche Störung dazu, dass die von einem bestimmten Sensor an einer bestimmten Stelle der Nabe vorgenommenen Messungen die Kombination der von beiden Kugelsätzen erzeugten Dehnungen sind, was dazu führt, dass die gemessenen Werte größer oder kleiner sind als die tatsächliche Dehnung, die von dem jeweils überwachten Kugelsatz erzeugt wird.
Infolgedessen kann die über einen bestimmten Zeitraum von einem bestimmten Sensor an einer bestimmten Stelle einer äußeren Nabe gemessene Dehnung im Allgemeinen wie folgt aussehen:
In der obigen Grafik zeigt die y-Achse die Amplitude der gemessenen Dehnung und die x-Achse die verstrichene Zeit. Wie zu sehen ist, kann die von einem bestimmten Sensor an einer bestimmten Stelle gemessene Dehnung im Laufe der Zeit als verzerrte Sinuswelle erscheinen, da die Dehnung von den anderen „nicht überwachten“ Kugeln erfasst wird.
Bei der vorliegenden Radnabe 14, die mit Sensormonatgeflächenabschnitten 22 versehen ist, die sich innerhalb der oben detailliert beschriebenen radialen und axialen Begrenzungen befinden, wird jedoch jeder Sensor 20 der bevorzugten zwei Sensorsätze 21A, 21B nur die Dehnung von dem einen Kugelsatz 17 oder 19 messen oder erfassen, den der jeweilige Sensor 20 überwachen soll. Insbesondere ist der erste Satz 21A der Sensoren 20 an der äußeren Nabe 14 angeordnet, die von dem ersten Kugelsatz 17 erzeugte Dehnung zu erfassen, ohne dass eine wesentliche Erfassung der von dem zweiten Kugelsatz 19 erzeugten Dehnung erfolgt. Ebenso ist der zweite Satz 21B der Sensoren 20 an der äußeren Nabe 14 angeordnet, um die vom zweiten Kugelsatz 19 erzeugte Belastung zu erfassen, ohne dass eine wesentliche Erfassung der vom ersten Kugelsatz 17 erzeugten Belastung erfolgt. Mit anderen Worten ist jeder Sensor 20 so positioniert, dass jegliche Dehnungen, die von dem anderen Kugelsatz 19 oder 17 (d.h. dem Kugelsatz, den der Sensor 20 nicht überwachen soll) erzeugt werden, im Wesentlichen vernachlässigbar sind und daher von dem spezifischen Sensor 20 nicht gemessen/erkannt werden. Die von den einzelnen Sensoren 20 im Laufe der Zeit vorgenommenen Messungen werden daher wie in der nachstehenden Grafik dargestellt:
Wie dargestellt, variiert die Amplitude der Dehnung (y-Achse) im Laufe der Zeit kontinuierlich zwischen einem Maximalwert, wenn eine bestimmte Rolle 16 oder 18 die Position des Sensors 20 passiert, und einem Minimalwert, wenn sich der Sensor 20 zwischen zwei benachbarten Rollen 16 oder 18 befindet. Die von einem bestimmten Sensor 20 vorgenommenen Messungen sollten als unveränderte oder reine Sinuswelle erscheinen, bis ein Ereignis eintritt, wie z. B. eine Beschädigung der Laufringe, ein Aufprall der Radnabenanordnung 10 usw.
Bezugnehmend auf die 5-21 ist, um die kontinuierlichen Montageflächenabschnitte 23A, 23B oder die Sätze 27A, 27B der bogenförmigen Montageflächenabschnitte 25 im gewünschten radialen Abstand RS₁, RS₂ und innerhalb der axialen Begrenzungslinien BL₁, BL₂ bzw. BL₃, BL₄ zu positionieren, die äußere Nabe 14 entweder so dimensioniert, dass die Montageflächenabschnitte 22 direkt durch die äußere Umfangsfläche 42 bereitgestellt sind (7-11) oder die Nabe 14 mit durchgehenden ringförmigen Nuten (12-14) oder einer Mehrzahl von bogenförmigen Taschen 52 (15-21) versehen ist. Solche Nuten oder Taschen 52 werden bereitgestellt, wenn die Außenfläche 42 der äußeren Nabe 14 in der gebildeten Form diametral größer ist als die berechnete radiale Begrenzungsfläche RB. Ob eine bestimmte Nabe 14 mit durchgehenden Nuten 50 oder mit bogenförmigen Taschen 52 versehen ist, hängt ferner davon ab, ob innerhalb der gewünschten axialen Begrenzungslinien BL₁, BL₂ und BL₃, BL₄ aufgrund des Vorhandenseins von Konstruktionsmerkmalen wie den Befestigungsnasen 49, Verstärkungsflanschen usw. Platz für die Abschnitte der Sensormontageflächen 20 vorhanden ist.
Genauer gesagt kann in bestimmten, in den 12-14 gezeigten Konstruktionen die äußere Nabe 14 so gebildet sein, dass sie eine erste und eine zweite ringförmige Nut 50A bzw. 50B aufweist, die sich jeweils von der äußeren Umfangsfläche 42 der äußeren Nabe 14 radial nach innen erstrecken und axial voneinander beabstandet sind und eine erste bzw. eine zweite durchgehende Sensormontagefläche 23A bzw. 23B in Umfangsrichtung bereitstellen. In anderen Konstruktionen, wie in den 15-21 gezeigt, ist die äußere Nabe 14 so aufgebaut, dass sie erste und zweite, axial beabstandete Sätze 53A bzw. 53B von umfänglich beabstandeten bogenförmigen Taschen 52 aufweist, die sich von der äußeren Umfangsfläche 42 der äußeren Nabe 14 radial nach innen erstrecken. Jede Tasche 52 des ersten bogenförmigen Taschensatzes 53A stellt einen separaten Abschnitt des ersten Satzes 27A der bogenförmigen Montageflächenabschnitte 25 bereit und der zweite bogenförmige Taschensatz 53B stellt einen separaten Abschnitt des zweiten Satzes 27B der bogenförmigen Montageflächenabschnitte 25 bereit. Weiter kann jede bogenförmige Tasche 52 als gekrümmter Nutabschnitt gebildet sein, wie in den 12-16 gezeigt, oder als flache, abgeflachte Oberfläche oder „flach“, wie in den 20 und 21 dargestellt. Obwohl nicht dargestellt, kann die äußere Nabe 14 auch mit einer Kombination aus einer ringförmigen Nut 50 und einem Satz bogenförmiger Taschen 52 gebildet sein.
Unter besonderer Bezugnahme auf 2 ist jeder Sensor 20 der beiden bevorzugten Sätze 21A, 21B von Sensoren 20 vorzugsweise ein Dehnungsmessstreifen 54, der angeordnet ist, eine umfängliche Dehnung innerhalb der äußeren Nabe 14 und/oder eine axiale Dehnung innerhalb der äußeren Nabe 14 (oder innerhalb der inneren Nabe 12 in bestimmten Konstruktionen) zu erfassen. Jeder Dehnungsmessstreifen 54 umfasst ein Substrat und ein empfindliches Element (beides nicht angegeben), kann von jedem geeigneten Typ sein und mit jedem geeigneten Mittel an der Nabe 14 befestigt werden, und kann entweder ein separates Substrat umfassen, das an der Nabe 14 befestigt ist, oder die Nabe 14 selbst kann das Substrat für ein befestigtes empfindliches Element bereitstellen. Das empfindliche Element jedes Dehnungsmessstreifens 54 kann ein dünner Film, wie z. B. eine Metallfolie, ein dicker Film, wie z. B. ein piezoresistives Material, ein Siliziumchip, eine piezoelektrische Keramik usw. sein, und das Sensorsubstrat kann der Lagerstahl, ein separates Metall, wie z. B. rostfreier Stahl, eine Keramik usw. sein. Außerdem kann das empfindliche Element jedes Dehnungsmessstreifens 54 durch Bedrucken, Laserauftrag, Kleben usw. mit dem Substrat verbunden werden, und das Substrat kann durch Kleben, Schweißen (insbesondere bei metallischen Substraten), Löten usw. mit der Nabe 14 verbunden werden. Bei den Sensoren 20 kann es sich jedoch auch um jede andere Art von Dehnungsmessstreifen oder um jeden anderen Sensortyp handeln, der zur Erfassung von Dehnungen geeignet ist, wie z. B. optische Dehnungssensoren usw.
Mit Bezug auf 22 umfasst die Radnabenanordnung 10 vorzugsweise weiter einen Signalaufbereiter 60 und einen Prozessor 62 oder ist zumindest ausgelegt, mit diesen elektrisch verbunden zu sein. Insbesondere ist der Signalaufbereiter 60 elektrisch mit jedem Sensor 20 des ersten Satzes von Sensoren 21A und mit jedem Sensor 20 des zweiten Satzes 21B von Sensoren 20 verbunden. Der Signalaufbereiter 60 ist ausgelegt, Signale von jedem Sensor 20 zu empfangen und jedes Signal zur weiteren Verarbeitung digital umzuwandeln, zu verstärken und/oder zu filtern. Das heißt, dass es typischerweise notwendig ist, ein analoges Signal in ein digitales Signal für die Analyse durch einen Prozessor oder ein anderes Gerät umzuwandeln, und Signale, die die Dehnung von Wälzkörpern messen, haben typischerweise eine geringe Amplitude, so dass eine Verstärkung die Fähigkeit zur Verarbeitung der Signalinformationen verbessert. Auch wenn es bekannte Frequenzen gibt, die von anderen Quellen als den Wälzkörpern 16, 18 erzeugt werden können (d.h. Rauschen), verbessert das Filtern solcher Signale ebenfalls die von den Sensoren 20 empfangenen Informationen und eliminiert Fremdinformationen.
Weiter ist der Prozessor 62 elektrisch mit dem Signalaufbereiter 60 oder direkt mit jedem Sensor 20 des ersten und zweiten Sensorsatzes 21A, 21B verbunden (d. h., wenn der Prozessor 62 eine integrierte Signalverarbeitungsschaltung hat). In jedem Fall ist der Prozessor 62 dazu ausgelegt, die Belastung an diskreten Positionen am Umfang der äußeren Nabe 14 zu bestimmen, indem er die von der Aufbereitungseinrichtung 60 oder direkt von den Sensoren 20 empfangenen Signale analysiert. Dabei können die Belastungsinformationen an ein anderes Steuergerät oder einen Prozessor (nicht dargestellt) gesendet werden, um die Dehnungsinformationen in Belastungen, d.h. Kräfte und Momente auf die Nabe 14, umzuwandeln, beispielsweise um bestimmte Funktionen auszuführen, andere Fahrzeugsysteme (z.B. Bremsen) zu bedienen oder um lediglich eine Warnung bereitzustellen. So kann beispielsweise ein Anstieg der erfassten Belastung ab einer bestimmten Größe auf einen bevorstehenden Ausfall der Radnabenanordnung 10 hinweisen.
Wie in 22 gezeigt, ist es derzeit bevorzugt, dass sich von jedem Sensor 20 des ersten Satzes 21A von Sensoren 20 und von jedem Sensor 20 des zweiten Satzes 21B von Sensoren 20 ein separates Kabel 64 zu dem Signalaufbereiter 60 erstreckt. Die Sensoren 20 der beiden bevorzugten Sensorsätze 21A, 21B können jedoch auf jede geeignete Weise mit dem Signalaufbereiter 60 oder direkt mit dem Prozessor 62 „verdrahtet“ werden. Alternativ dazu können die Sensoren 20 eines oder beider Sensorsätze 21A, 21B ausgelegt sein, drahtlos mit dem Signalaufbereiter 60 oder mit dem Prozessor 62 zu kommunizieren.
Repräsentative, nicht einschränkende Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden oben mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Diese detaillierte Beschreibung dient lediglich dazu, dem Fachmann weitere Einzelheiten zur Ausführung bevorzugter Aspekte der vorliegenden Lehre zu vermitteln, und soll den Umfang der Erfindung nicht einschränken. Darüber hinaus sind Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der obigen detaillierten Beschreibung offenbart sind, möglicherweise nicht notwendig, um die Erfindung im weitesten Sinne zu praktizieren, und werden stattdessen nur gelehrt, um insbesondere repräsentative Beispiele der Erfindung zu beschreiben. Darüber hinaus können verschiedene Merkmale der oben beschriebenen repräsentativen Beispiele sowie die verschiedenen unabhängigen und abhängigen Ansprüche unten in einer Weise kombiniert werden, die nicht spezifisch und ausdrücklich aufgezählt sind, um zusätzliche nützliche Ausführungsformen der vorliegenden Lehre bereitzustellen.
Alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbart werdenden Merkmale sollen zum Zweck der ursprünglichen schriftlichen Offenbarung sowie zum Zweck der Einschränkung des beanspruchten Gegenstands unabhängig von den Zusammensetzungen der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen getrennt und unabhängig voneinander offenbart werden. Darüber hinaus sollen alle Wertebereiche oder Angaben zu Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede Zwischeneinheit zum Zwecke der ursprünglichen schriftlichen Offenbarung sowie zum Zwecke der Einschränkung des beanspruchten Gegenstands offenbaren. Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann im Rahmen der folgenden Ansprüche variiert werden.

Claims

Sensorgesteuerte Radnabenanordnung zur drehbaren Verbindung eines Rades mit zumindest einer Welle oder einem Chassis, wobei die Nabenanordnung umfasst: eine innere Nabe, die um eine zentrale Achse drehbar ist und gegenüberliegende innere und äußere axiale Enden, einen radialen Flansch, der sich von dem äußeren axialen Ende nach außen erstreckt und mit dem Rad verbindbar ist, eine innere Umfangsfläche, die eine zentrale Bohrung zur Aufnahme der Welle definiert, und eine gegenüberliegende äußere Umfangsfläche aufweist, wobei die äußere Fläche einen inneren Laufring und einen äußeren inneren Laufring bereitstellt, der axial von dem inneren Laufring beabstandet ist; eine äußere Nabe, die um die innere Nabe herum angeordnet ist, mit dem Chassis verbindbar ist und ein inneres und ein äußeres axiales Ende, eine äußere Umfangsfläche und eine innere Umfangsfläche aufweist, wobei die innere Fläche einen inneren Außenlaufring und einen äußeren Außenlaufring bereitstellt, der axial von dem inneren Außenlaufring beabstandet sind; einen ersten Kugelsatz von ersten Rollen, die zwischen dem inneren Innenlaufring und dem inneren Außenlaufring angeordnet sind und den inneren Außenlaufring entlang einer ersten kreisförmigen Kontaktbahn berühren, wobei der Mittelpunkt jeder ersten Rolle einen ersten Teilkreis um die Mittelachse durchläuft, wobei jede senkrechte Linie, die sich zwischen der Kontaktbahn und dem Teilkreis erstreckt, einen ersten Winkel (α1) in Bezug auf jede radiale Ebene durch die Mittelachse definiert und die Mittelachse in einem ersten Schnittpunkt schneidet; einen zweiten Kugelsatz von zweiten Rollen, die zwischen dem äußeren Innenlaufring und dem äußeren Außenlaufring angeordnet sind und den äußeren Außenlaufring entlang einer zweiten kreisförmigen Kontaktbahn berühren, wobei der Mittelpunkt jeder zweiten Rolle einen zweiten Teilkreis um die Mittelachse durchläuft, wobei jede senkrechte Linie, die sich zwischen der zweiten Kontaktbahn und dem zweiten Teilkreis erstreckt, einen zweiten Winkel (α2) in Bezug auf eine beliebige radiale Ebene durch die Mittelachse definiert und die Mittelachse in einem zweiten Schnittpunkt schneidet, wobei der erste und der zweite Schnittpunkt durch einen axialen Abstand (DA) voneinander beabstandet sind; und zumindest einen Sensor, der ausgelegt ist, eine Dehnung innerhalb der äußeren Nabe zu erfassen, die durch einen der ersten und zweiten Kugelsätze erzeugt ist; wobei die äußere Nabe zumindest einen äußeren Sensormontageflächenabschnitt aufweist, der in einem radialen Abstand (RS) von der Mittelachse angeordnet ist, wobei der zumindest eine Sensor auf dem Montageflächenabschnitt angeordnet ist, wobei der radiale Abstand einen Wert aufweist, der kleiner als ein radialer Grenzabstand (RB) ist, der wie folgt definiert ist: $RS<RB= [DA \times sin (90 ° - α1) \times sin (90 ° - α 2)] / sin (α 1 + α 2)$
Radnabenanordnung nach Anspruch 1, wobei eine erste radiale Dicke zwischen dem inneren Außenlaufring und dem zumindest einen Montageflächenabschnitt definiert ist und eine zweite radiale Dicke zwischen dem äußeren Außenlaufring und dem zumindest einen Montageflächenabschnitt des Sensors definiert ist, wobei jede der ersten und zweiten radialen Dicken einen Wert von zumindest drei Millimetern hat.
Radnabenanordnung nach Anspruch 1, wobei: die äußere Nabe zumindest eine durchgehende, umlaufende Sensormontagefläche und eine Mehrzahl umfänglich beabstandeter, bogenförmiger Montageflächenabschnitte aufweist; und der zumindest eine Sensor eine Mehrzahl der Sensoren umfasst, die jeweils auf dem durchgehenden umfänglichen Montageflächenabschnitt angeordnet sind und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet oder auf einem der bogenförmigen Montageflächenabschnitte befestigt sind.
Radnabenanordnung nach Anspruch 1, wobei: die äußere Nabe einen von ersten und zweiten axial beabstandeten, durchgehenden, umfänglichen Sensormontageflächenabschnitten, ersten und zweiten axial beabstandeten Sätzen einer Mehrzahl von umfänglich beabstandeten, bogenförmigen Montageflächenabschnitten und eine durchgehende, umfängliche Montagefläche und einen Satz einer Mehrzahl von umfänglich beabstandeten, bogenförmigen Montageflächenabschnitten aufweist; und der zumindest eine Sensor einen ersten und einen zweiten Satz von Sensoren umfasst, wobei jeder Sensor des ersten Satzes von Sensoren auf einem von dem ersten durchgehenden, umfänglichen Flächenabschnitt, dem ersten Satz von umfänglich beabstandeten bogenförmigen Montageflächenabschnitten und dem einen durchgehenden umfänglichen Montageflächenabschnitt angeordnet ist, wobei jeder Sensor des zweiten Satzes von Sensoren auf der zweiten durchgehenden, umfänglichen Montagefläche, dem zweiten Satz von umfänglich beabstandeten bogenförmigen Montageflächenabschnitten und dem einen Satz von umfänglich beabstandeten bogenförmigen Montageflächenabschnitten angeordnet ist.
Radnabenanordnung nach Anspruch 4, wobei: der erste durchgehende, umfängliche Sensor-Montageflächenabschnitt oder der erste Satz bogenförmiger Montageflächenabschnitte axial zwischen einer ersten und einer zweiten Umfangsbegrenzungslinie auf einer ersten zylindrischen Begrenzungsfläche mit einem Durchmesser des doppelten radialen Abstands angeordnet ist; wobei die erste Umfangsbegrenzungslinie als der Schnittpunkt der zylindrischen Begrenzungsfläche durch eine beliebige gerade Linie definiert ist, die sich vom Teilkreis in einer Richtung zum äußeren axialen Ende der äußeren Nabe erstreckt, einen Winkel in Bezug auf eine beliebige Ebene senkrecht zur Mittelachse bildet, der einen Wert von fünfzehn Grad größer als der erste Berührungswinkel hat, und um die Mittelachse gedreht ist; und wobei die zweite Umfangsbegrenzungslinie als der Schnittpunkt der zylindrischen Begrenzungsfläche durch eine beliebige gerade Linie definiert ist, die sich von dem Teilkreis in einer Richtung zu dem inneren axialen Ende der äußeren Nabe erstreckt, einen Winkel in Bezug auf eine beliebige Ebene senkrecht zu der Mittelachse bildet, der einen Wert von vierzig Grad hat, und um die Mittelachse gedreht ist; und der zweite durchgehende, umfängliche Sensor-Montageflächenabschnitt oder der zweite Satz von bogenförmigen Montageflächenabschnitten axial zwischen einer dritten und einer vierten Umfangsbegrenzungslinie auf einer zweiten zylindrischen Begrenzungsfläche mit einem Durchmesser des doppelten radialen Abstands angeordnet ist; wobei die dritte Umfangsbegrenzungslinie als der Schnittpunkt der zylindrischen Begrenzungsfläche durch eine beliebige gerade Linie definiert ist, die sich von dem Teilkreis in einer Richtung zu dem inneren axialen Ende der äußeren Nabe erstreckt, einen Winkel in Bezug auf eine beliebige Ebene senkrecht zu der Mittelachse bildet, der einen Wert von fünfzehn Grad größer als der zweite Berührungswinkel hat, und um die Mittelachse gedreht ist; und wobei die vierte Umfangsbegrenzungslinie als der Schnittpunkt der zylindrischen Begrenzungsfläche mit einer beliebigen geraden Linie definiert ist, die sich von dem Teilkreis in Richtung auf das äußere axiale Ende der äußeren Nabe erstreckt, einen Winkel in Bezug auf eine beliebige Ebene senkrecht zur Mittelachse bildet, der einen Wert von vierzig Grad hat, und um die Mittelachse gedreht wird.
Radnabenanordnung nach Anspruch 5, wobei: der erste Satz der Sensoren an der äußeren Nabe angeordnet ist, die von dem ersten Kugelsatz erzeugte Dehnung zu erfassen, ohne dass eine wesentliche Erfassung der von dem zweiten Kugelsatz erzeugten Dehnung erfolgt; und der zweite Satz der Sensoren an der äußeren Nabe angeordnet ist, um eine durch den zweiten Kugelsatz erzeugte Dehnung zu erfassen, ohne dass eine wesentliche Erfassung der durch den ersten Kugelsatz erzeugten Dehnung erfolgt.
Radnabenanordnung nach Anspruch 4, wobei die äußere Nabe eines der folgenden Merkmale aufweist: eine erste ringförmige Nut, die sich von der äußeren Umfangsfläche der äußeren Nabe radial nach innen erstreckt und die erste durchgehende umfänglichen Sensor-Montagefläche bereitstellt, und eine zweite ringförmige Nut, die sich von der äußeren Umfangsfläche der äußeren Nabe radial nach innen erstreckt, axial von der ersten ringförmigen Nut beabstandet ist und die zweite durchgehenden umfängliche Sensor-Montagefläche bereitstellt; und einen ersten Satz umfänglich beabstandeter bogenförmiger Taschen, die sich von der äußeren Umfangsfläche der äußeren Nabe radial nach innen erstrecken und jeweils einen separaten des ersten Satzes bogenförmiger Montageflächenabschnitte bereitstellen, und einen zweiten Satz umfänglich beabstandeter bogenförmiger Taschen, die sich von der äußeren Umfangsfläche der äußeren Nabe radial nach innen erstrecken, axial beabstandet von dem ersten Satz bogenförmiger Taschen sind, und jeweils einen separaten des zweiten Satzes bogenförmiger Montageflächenabschnitte bereitstellen.
Radnabenanordnung nach Anspruch 4, die ferner zumindest eines der folgenden Elemente umfasst: einen Signalaufbereiter, der elektrisch mit jedem Sensor des ersten Satzes von Sensoren und mit jedem Sensor des zweiten Satzes von Sensoren verbunden ist, wobei der Aufbereiter ausgelegt ist, um Signale von jedem Sensor zu empfangen und jedes Signal zumindest entweder digital umzuwandeln, zu verstärken oder zu filtern; und einen Prozessor, der elektrisch mit dem Signalaufbereiter oder mit jedem Sensor des ersten Satzes von Sensoren und mit jedem Sensor des zweiten Satzes von Sensoren verbunden ist, wobei der Prozessor ausgelegt ist, um die Dehnung an diskreten Positionen um den Umfang der äußeren Nabe zu bestimmen, indem er die von dem Aufbereiter oder von den Sensoren empfangenen Signale analysiert.
Radnabenanordnung nach Anspruch 8, wobei jeder Sensor des ersten Satzes von Sensoren und jeder Sensor des zweiten Satzes von Sensoren ausgelegt ist, drahtlos mit dem Signalaufbereiter oder mit dem Prozessor zu kommunizieren.
Radnabenanordnung nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Sensor ein Dehnungsmessstreifen ist, der angeordnet ist, zumindest eine umfänglichen Dehnung innerhalb der äußeren Nabe und eine axiale Dehnung innerhalb der äußeren Nabe zu erfassen.