DE102022204596A1

DE102022204596A1 - Sensorlagereinheit

Info

Publication number: DE102022204596A1
Application number: DE102022204596.3A
Authority: DE
Inventors: Maruti Vitthal Khaire; Manoj Babu M
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2022-11-17
Also published as: CN115355245A; US20220364600A1; US11821467B2

Abstract

Die Sensorlagereinheit 10 umfasst ein Lager 12, das einen ersten Ring 18 und einen zweiten Ring 20 umfasst, die auf einer Drehachse X-X' zentriert sind, einen Impulsring 14, der an dem ersten Ring 18 des Lagers gesichert ist, und eine Sensorvorrichtung 16 zum Detektieren von Drehparametern des Impulsrings, der an dem zweiten Ring 20 des Lagers gesichert ist.Der Impulsring 14 ist in einer Nut 32 gesichert, die auf einer zylindrischen Fläche 18a des ersten Rings des Lagers gebildet ist, die sich radial auf der dem zweiten Ring 20 gegenüberliegenden Seite befindet. Die Nut 30 ist mit radialen Seitenwänden 30a, 30b versehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorlagereinheit, die ein Lager, einen Impulsring und eine Sensorvorrichtung umfasst.
Sensorlagereinheiten werden heute in einer Vielzahl von technischen Bereichen eingesetzt, zum Beispiel in der Automobilindustrie und der Luftfahrt. Diese Einheiten stellen qualitativ hochwertige Signale und Übertragungen bereit, während sie gleichzeitig die Integration in einfachere und kompaktere Vorrichtungen ermöglichen.
Eine Sensorlagereinheit umfasst im Allgemeinen ein Lager, einen Impulsring, der am rotierbaren Ring des Lagers gesichert ist, und eine Sensoreinheit oder -vorrichtung zum Detektieren der winkelförmigen Position des Impulsrings in Bezug auf den festen Ring des Lagers.
Klassischerweise ist der Impulsring mit einem an der Außenfläche des rotierbaren Innenrings gesicherten Zielobjekt-Halter und mit einem am Zielobjekt-Halter gesicherten magnetischen Zielobjekt versehen. Die Sensorvorrichtung ist an dem festen Außenring des Lagers gesichert und mit einem dem magnetischen Zielobjekt des Impulsrings zugewandten Sensorelement versehen, um anhand der Magnetfeldänderungen die winkelförmige Position des rotierbaren Rings zu bestimmen. Für weitere Details kann man sich beispielsweise auf das Patent US 7, 367, 714 beziehen.
Bei einer solchen Lösung kann die Abdichtung des Lagers nicht zufriedenstellend sein, da eine der beiden Dichtungen, die radial zwischen dem Innen- und dem Außenring vorgesehen sind, unterdrückt werden muss, um den Impulsring zu sichern.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden.
Die Erfindung betrifft eine Sensorlagereinheit, die ein Lager, das einen ersten Ring und einen zweiten Ring umfasst, die auf einer Achse zentriert sind, einen Impulsring, der an dem ersten Ring des Lagers gesichert ist, und eine Sensorvorrichtung zum Detektieren von Drehparametern des Impulsrings umfasst, der an dem zweiten Ring des Lagers gesichert ist.
Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Impulsring nicht an einer zylindrischen Fläche des ersten oder zweiten Rings befestigt, die dem zweiten oder ersten Ring radial zugewandt ist, und befindet sich nicht radial zwischen dem ersten und zweiten Ring. Daher kann das Lager, wenn nötig, mit Dichtungen bereitgestellt werden, die jeweils in einer Nut gesichert sind, die auf zylindrischen Fläche des ersten oder zweiten Rings gebildet ist, die dem zweiten oder ersten Ring radial zugewandt ist. Die Dichtungen sind radial zwischen dem ersten und dem zweiten Ring angeordnet.
Vorzugsweise ist der Impulsring mit einem Schnappabschnitt versehen, der teilweise in die Nut des ersten Rings eingreift, wobei der Schnappabschnitt im Querschnitt eine L-Form hat.
Der Schnappabschnitt des Impulsrings kann axial an einer radialen Seitenwand der Nut des ersten Rings anliegen.
In einer Ausführungsform umfasst der Schnappabschnitt des Impulsrings mehrere axiale Nasen, die in Umfangsrichtung beabstandet sind und jeweils mit einem radialen Haken versehen sind, der in die Nut des ersten Rings eingreift. Dadurch wird die Verformung des Schnappabschnitts des Impulsrings zu dessen Befestigung in der Nut des ersten Rings erleichtert.
In einer Ausführungsform hat die zylindrische Fläche des ersten Rings des Lagers eine Stufenform mit einem ersten zylindrischen Abschnitt und mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten zylindrischen Abschnitt radial zum zweiten Ring hin versetzt ist, wobei die Nut axial zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Abschnitt angeordnet ist.
Bei einer solchen Ausführungsform kann der Schnappabschnitt des Impulsrings in Bezug auf den ersten zylindrischen Abschnitt der zylindrischen Fläche radial zum zweiten Ring des Lagers hin versetzt sein oder mit dem ersten zylindrischen Abschnitt bündig sein.
Dementsprechend kragt der Schnappabschnitt des Impulsrings nicht radial in Bezug auf die zylindrische Fläche des ersten Rings aus. Die radiale Begrenzungsabmessung des Lagers bleibt unverändert. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, eine bestimmte Form an dem Teil der zugehörigen Vorrichtung vorzusehen, der den ersten Ring des Lagers der Sensorlagereinheit aufnehmen soll.
Eine der Seitenwände der Nut des ersten Rings kann den ersten zylindrischen Abschnitt der zylindrischen Fläche des ersten Rings axial begrenzen, und die andere Seitenwand der Nut kann den zweiten zylindrischen Abschnitt axial begrenzen.
In einer zweiten alternativen Ausführungsform kann die zylindrische Fläche des ersten Rings des Lagers mit einem einzigen Durchmesser versehen sein.
Die Nut des ersten Rings kann mit radialen Seitenwänden versehen sein. Dementsprechend ist die Nut auf dem ersten Ring leicht maschinell herzustellen. Vorzugsweise hat die Nut eine ringförmige Form.
In einer Ausführungsform ist die Nut an der Innenbohrung des ersten Rings gebildet, der den Innenring des Lagers bildet. Alternativ kann die Nut an der äußeren zylindrischen Fläche des ersten Rings gebildet werden, der den Außenring des Lagers bildet.
Der Impulsring kann einen radialen Abschnitt umfassen, der in axialem Kontakt an einer Seitenfläche des ersten Rings des Lagers befestigt ist. Der radiale Abschnitt des Impulsrings kann in direktem axialen Kontakt mit der Seitenfläche des ersten Rings des Lagers sein. Alternativ kann der radiale Abschnitt des Impulsrings in indirektem axialen Kontakt mit der Seitenfläche des ersten Rings sein, d.h. mit Zwischenschaltung eines Elements, wie z.B. einer Unterlegscheibe.
Die Sensorvorrichtung kann ein Sensorgehäuse umfassen, das am zweiten Ring des Lagers gesichert ist, und zumindest ein Sensorelement, das vom Sensorgehäuse getragen wird und mit dem Impulsring zusammenwirkt.
In einer Ausführungsform ist der Impulsring aus Metall hergestellt und mit alternierenden Zähnen und Öffnungen versehen, und das Sensorelement der Sensorvorrichtung ist in der Lage, die Zähne und Öffnungen des Metallimpulsrings zu erfassen.
In einer Ausführungsform ist das Sensorelement der Sensorvorrichtung ein induktiver Sensor, wobei der Impulsring aus Metall hergestellt und mit alternierenden Zähnen und Öffnungen versehen ist, die dem Sensorelement zugewandt sind.
Das Sensorelement kann direkt dem Impulsring zugewandt sein oder indirekt mit dem Impulsring zusammenwirken, d.h. mit Zwischenschaltung eines Elements axial zwischen den Impulsring und das Sensorelement.
Die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden besser verstanden, wenn man die ausführliche Beschreibung einer speziellen Ausführungsform studiert, die als nicht einschränkendes Beispiel gegeben und durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht wird, in denen:

1 eine axiale Schnittansicht einer Sensorlagereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
2 und 3 Detailansichten von 1 sind,
4 eine Vorderansicht der Sensorlagereinheit von 1 ist,
5 eine perspektivische Ansicht eines Impulsrings der Sensorlagereinheit von 1 ist,
6 eine Vorderansicht des Impulsrings von 5 ist,
7 eine axiale Ansicht der Sensorlagereinheit von 1 und eines Montagewerkzeugs ist,
8 eine perspektivische Ansicht des Montagewerkzeugs von 7 ist, und
9 eine axiale Teilschnittansicht einer Vorrichtung ist, die mit der Sensorlagereinheit von 1 versehen ist.

Die in 1 dargestellte Sensorlagereinheit 10 ist zur Ausrüstung einer Vorrichtung wie eines Motors, eines Bremssystems, eines Aufhängungssystems oder einer beliebigen rotierenden Maschine ausgelegt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Zweiradfahrzeug.
Eine solche Vorrichtung ist teilweise in 9 dargestellt und ist mit einer rotierenden Welle 11 und einem nicht rotierenden Gehäuse 13 versehen. Handelt es sich bei der Vorrichtung um einen Elektromotor, so ist ein Rotor an der Welle 11 und ein Stator am Gehäuse 13 gesichert. Die Sensorlagereinheit 10 ist an der Welle 11 und im Gehäuse 13 befestigt. Die Sensorlagereinheit 10 kann in einer Abschirmung des Gehäuses 13 aufgenommen werden. Alternativ dazu kann die Sensorlagereinheit 10 in einer Bohrung des Gehäuses 13 aufgenommen werden.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Sensorlagereinheit 10 ein Lager 12 und einen Impulsring 14 und eine an dem Lager befestigte Sensorvorrichtung 16. Das Lager 12 ist dazu bestimmt, an der Welle 11 (9) der Vorrichtung befestigt zu werden, um die Drehung der Welle zu verfolgen.
Das Lager 12 umfasst einen ersten Ring 18 und einen zweiten Ring 20. Im dargestellten Beispiel ist der erste Ring 18 der Innenring, während der zweite Ring 20 der Außenring ist. Der Innen- und der Außenring 18, 20 sind konzentrisch und erstrecken sich axial entlang der Drehachse des Lagers X-X', die in axialer Richtung verläuft. Der Außenring 20 umgibt den Innenring 18 radial. Der Innen- und der Außenring 18, 20 sind aus Stahl hergestellt.
Wie später beschrieben wird, ist der Impulsring 14 am Innenring 18 gesichert und die Sensorvorrichtung 16 ist am Außenring 20 gesichert.
Im dargestellten Beispiel umfasst das Lager 12 auch eine Reihe von Wälzkörpern 22, die hier in der Form von Kugeln bereitgestellt sind, die zwischen Laufbahnen (ohne Bezugszeichen) angeordnet sind, die den an dem Innen- und dem Außenring 18, 20 gebildet sind.
Das Lager 10 umfasst auch einen Käfig 24 zur Aufrechterhaltung des gleichmäßigen umfänglichen Abstandes der Wälzkörper 20. Das Lager 10 umfasst weiterhin Dichtungen 26, 28, die radial zwischen dem Innen- und dem Außenring 18, 20 angeordnet sind, um einen geschlossenen Raum zu definieren, in dem die Wälzkörper 22 angeordnet sind.
Der Innenring 18 des Lagers ist an der Außenfläche der Welle 11 (9) der Vorrichtung befestigt. Der Innenring 18 ist dazu bestimmt, sich zu drehen, während der Außenring 20 dazu bestimmt ist, fest zu sein. Der Außenring 20 ist in einer Bohrung des feststehenden Gehäuses 13 (9) der Vorrichtung befestigt.
Der Außenring 20 ist mit einer zylindrischen Innenfläche oder Bohrung 20a und mit einer äußeren zylindrischen Fläche 20b versehen, die der Bohrung 20a radial gegenüberliegt. Die Außenfläche 20b ist radial auf der dem Innenring 18 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Bohrung 20a ist dem Innenring 18 radial zugewandt. Im dargestellten Beispiel ist aus der Bohrung 20a eine toroidale kreisförmige Laufbahn für die Wälzkörper 22 gebildet, die radial nach innen gerichtet ist. An der Bohrung 20a sind auch zwei Nuten (ohne Bezugszeichen) gebildet, in denen die Dichtungen 26, 28 gesichert sind.
Der Außenring 20 ist außerdem mit zwei gegenüberliegenden radialen Seitenflächen 20c, 20d versehen, die die Bohrung 20a und die Außenfläche 20b des Rings axial begrenzen.
Wie in 2 deutlicher zu sehen ist, ist an der Außenfläche 20b des Außenrings eine Nut 30 gebildet. Die Nut 30 ist radial nach außen gerichtet, d. h. radial auf der dem Innenring gegenüberliegenden Seite. Die Nut 30 erstreckt sich von der Außenfläche 20b des Außenrings radial nach innen. Im dargestellten Beispiel hat die Nut 30 eine ringförmige Form.
Die Nut 30 ist axial durch zwei Seitenwände 30a, 30b begrenzt. Die Seitenwände 30a, 30b sind axial einander zugewandt. Die Seitenwände 30a, 30b sind axial voneinander beabstandet. Die Nut 30 umfasst auch einen Boden 30c, der mit den Seitenwänden 30a, 30b verbunden ist. Die Außenfläche 20b des Außenrings und der Boden 30c der Nut sind radial versetzt. Der Boden 30c ist in Bezug auf die Außenfläche 20b radial nach innen versetzt. Die Seitenwände 30a, 30b der Nut erstrecken sich radial. Der Boden 30c erstreckt sich axial. Die Nut 30 hat einen U-förmigen Querschnitt.
Im dargestellten Beispiel hat die Außenfläche 20b des Außenrings eine Stufenform. Die Außenfläche 20b ist mit einem ersten zylindrischen Abschnitt 20b₁ und mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt 20b₂ versehen, der in Bezug auf den ersten zylindrischen Abschnitt 20b₁ radial nach innen, d.h. zum Innenring hin, versetzt ist. Die Nut 30 ist axial zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 20b₁, 20b₂ angeordnet.
Die Seitenwand 30b der Nut begrenzt den ersten zylindrischen Abschnitt 20b₁ axial. Genauer gesagt ist der erste zylindrische Abschnitt 20b₁ axial durch die Seitenfläche 20d ( 1) und die Seitenwand 30b begrenzt. Die Seitenwand 30a der Nut begrenzt den zweiten zylindrischen Abschnitt 20b₂ axial. Genauer gesagt, wird der zweite zylindrische Abschnitt 20b₂ axial durch die Seitenfläche 20c und die Seitenwand 30a begrenzt.
Wiederum Bezug nehmend auf 1 ist der Innenring 18 ähnlich wie der Außenring 20 mit einer zylindrischen Innenfläche oder Bohrung 18a und mit einer äußeren zylindrischen Fläche 18b versehen, die der Bohrung 18a radial gegenüberliegt. Die Außenfläche 18b ist dem Außenring 20 radial zugewandt. Die Bohrung 18a befindet sich radial auf der dem Außenring 20 gegenüberliegenden Seite. Im dargestellten Beispiel ist von der Außenfläche 18b eine toroidale kreisförmige Laufbahn für die Wälzkörper 22 gebildet, die radial nach außen gerichtet ist.
Der Innenring 18 ist außerdem mit zwei gegenüberliegenden radialen Seitenflächen 18c, 18d versehen, die die Bohrung 18a und die Außenfläche 18b des Rings axial begrenzen.
Wie in 3 deutlicher zu sehen ist, ist in der Bohrung 18a des Innenrings eine Nut 32 gebildet. Die Nut 32 ist radial nach innen gerichtet, d. h. radial auf der dem Außenring gegenüberliegenden Seite. Die Nut 32 erstreckt sich von der Bohrung 18a des Innenrings radial nach außen. Im dargestellten Beispiel hat die Nut 32 eine ringförmige Form.
Die Nut 32 ist axial durch zwei Seitenwände 32a, 32b begrenzt. Die Seitenwände 32a, 32b sind axial einander zugewandt. Die Seitenwände 32a, 32b sind axial voneinander beabstandet. Die Nut 32 umfasst auch einen Boden 32c, der mit den Seitenwänden 32a, 32b verbunden ist. Die Bohrung 18a des Innenrings und der Boden 32c der Nut sind radial versetzt. Der Boden 32c ist in Bezug auf die Bohrung 18a radial nach außen versetzt. Im dargestellten Beispiel erstrecken sich die Seitenwände 32a, 32b der Nut radial. Alternativ kann sich die Seitenwand 32b auch schräg erstrecken. Der Boden 32c erstreckt sich axial. Die Nut 32 hat hier einen U-förmigen Querschnitt.
Im dargestellten Beispiel hat die Bohrung 18a des Innenrings eine Stufenform. Die Bohrung 18a ist mit einem ersten zylindrischen Abschnitt 18a₁ und mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt 18a₂ versehen, der gegenüber dem ersten zylindrischen Abschnitt 18a₁ radial nach außen, d.h. zum Außenring hin, versetzt ist. Die Nut 32 ist axial zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 18a₁, 18a₂ angeordnet.
Die Seitenwand 32b der Nut begrenzt den ersten zylindrischen Abschnitt 18a₁ axial. Genauer gesagt ist der erste zylindrische Abschnitt 18a₁ axial durch die Seitenfläche 18d ( 1) und die Seitenwand 32b begrenzt. Die Seitenwand 32a der Nut begrenzt den zweiten zylindrischen Abschnitt 18a₂ axial. Genauer gesagt, wird der zweite zylindrische Abschnitt 18a₂ axial durch die Seitenfläche 18c und die Seitenwand 32a begrenzt.
Wiederum Bezug nehmend auf 1 und wie bereits angedeutet, ist die Sensorvorrichtung 16 an dem Außenring 20 gesichert. Die Sensorvorrichtung umfasst einen Sensorkörper oder ein Gehäuse 34 und Sensorelemente 36 (in 1 ist nur eines sichtbar), die von dem Sensorgehäuse 34 getragen werden. Die Sensorvorrichtung 16 umfasst auch eine Leiterplatte 38, die an dem Sensorgehäuse 34 gesichert ist und die Sensorelemente 36 trägt. Im dargestellten Beispiel umfasst die Sensorvorrichtung 16 auch ein Verbindungskabel 40 zum Übertragen von Sensordaten.
Das Sensorgehäuse 34 hat eine ringförmige Form. Das Sensorgehäuse 34 ist in der an der Außenfläche 20b des Außenrings gebildeten Nut 30 befestigt. Das Sensorgehäuse 34 ist mit einem ringförmigen Haken 42 versehen, der in die Nut 30 eingreift, um das Sensorgehäuse 34 relativ zum Außenring axial festzuhalten. Der Haken 42 erstreckt sich radial. Der Haken 42 liegt axial an der radialen Seitenwand 30a der Nut an. Im dargestellten Beispiel liegt der Haken 42 auch radial an dem Boden 30c der Nut an. Alternativ kann ein leichter radialer Spalt zwischen dem Haken 42 und dem Boden 30c verbleiben.
Im dargestellten Beispiel ist das Sensorgehäuse 34 mit einem ringförmigen Haken 42 versehen. Alternativ kann das Sensorgehäuse 34 mit mehreren Haken 42 versehen sein, die in Umfangsrichtung, vorzugsweise gleichmäßig, beabstandet sind und jeweils in die Nut 30 des Außenrings eingreifen.
Das Sensorgehäuse 34 umfasst einen ringförmigen äußeren axialen Abschnitt 44, der mit dem Haken 42 versehen ist, einen ringförmigen inneren axialen Abschnitt 46 und einen ringförmigen radialen Abschnitt 48, der sich zwischen dem äußeren und dem inneren axialen Abschnitt erstreckt. Der äußere und der innere axiale Abschnitt 44, 48 sind konzentrisch und koaxial zur Drehachse X-X'.
Der äußere axiale Abschnitt 44 des Sensorgehäuses umgibt den inneren Abschnitt 46 radial. Der äußere axiale Abschnitt 44 erstreckt den radialen Abschnitt 48 axial in Richtung des Lagers 12. Der äußere axiale Abschnitt 44 erstreckt axial einen Rand des radialen Abschnitts 48 mit großem Durchmesser.
Ein Teil 44a des äußeren axialen Abschnitts 44 umgibt radial die Außenfläche 20b des Außenrings. Der Haken 42 erstreckt sich von diesem Teil 44a des äußeren axialen Abschnitts 44 radial nach innen. Der Teil 44a des äußeren Abschnitts 44, der die Außenfläche 20b des Außenrings radial umgibt, und der Haken 42 bilden zusammen einen Schnappabschnitt des Sensorgehäuses 34. Der Teil 44a des äußeren axialen Abschnitts kommt radial mit der Außenfläche 20b des Außenrings in Kontakt. Der Teil 44a des äußeren axialen Abschnitts kommt radial mit dem zweiten zylindrischen Abschnitt 20b₂ der Außenfläche in Kontakt. Das freie Ende des äußeren axialen Abschnitts 44, nämlich das freie Ende des Teils 44a, stößt axial an die Seitenwand 30b der Nut des Außenrings. Der Haken 42 ist an dem freien Ende des äußeren axialen Abschnitts 44 vorgesehen.
Der Teil 44a des äußeren axialen Abschnitts ist in Bezug auf den ersten zylindrischen Abschnitt 20b₁ der Außenfläche des Außenrings radial nach innen, zum Innenring 18 hin, versetzt. Im dargestellten Beispiel ist der äußere axiale Abschnitt 44 in Bezug auf den ersten zylindrischen Abschnitt 20b₁ vollständig radial nach innen versetzt.
Der äußere axiale Abschnitt 44 des Sensorgehäuses kragt in Bezug auf den inneren axialen Abschnitt 46 axial in Richtung des Lagers 12 aus. Der innere axiale Abschnitt 46 definiert die Bohrung des Sensorgehäuses 34. Der innere axiale Abschnitt 46 erstreckt axial den radialen Abschnitt 48 in Richtung des Lagers 12. Der innere axiale Abschnitt 46 erstreckt axial eine Kante des radialen Abschnitts 48 mit kleinem Durchmesser. Der innere axiale Abschnitt 46 bleibt axial von dem Lager 12 und dem Impulsring 14 beabstandet.
Das Sensorgehäuse 34 definiert einen ringförmigen Raum 50, der axial zu dem Lager 12 orientiert ist. Der Raum 50 ist radial durch den äußeren und den inneren axialen Abschnitt 44, 46 begrenzt. Axial wird der Raum 50 durch den radialen Abschnitt 48 begrenzt.
Im dargestellten Beispiel umfasst das Sensorgehäuse 34 auch einen Kabelausgang 52, in dem das Kabel 40 eingerastet ist. Der Kabelausgang 52 bildet einen auskragenden Abschnitt, der sich von der Außenfläche des Sensorgehäuses 34 radial nach außen erstreckt. Der Kabelausgang 52 kragt von dem äußeren axialen Abschnitt 44 des Sensorgehäuses radial nach außen aus. Nur der Kabelausgang 52 kragt in Bezug auf die Außenfläche des Sensorgehäuses 34 radial nach außen aus.
Im dargestellten Beispiel hat der Kabelausgang 52 eine röhrenförmige Form. Alternativ kann der Kabelausgang 52 auch andere Formen haben, zum Beispiel eine rechteckige parallelepipede Form. Das Kabel 40 kragt aus dem Kabelausgang 52 nach außen aus. Das Kabel 40 wird in den Kabelausgang 52 mit geeigneten Mitteln, z. B. durch Einpressen oder Kleben, gesichert. Das Kabel 40 umfasst mehrere elektrische Drähte (nicht dargestellt), die mit der Leiterplatte 38 verbunden sind.
Im dargestellten Beispiel ist die Sensorvorrichtung 16 mit dem Verbindungskabel 40 zur Übertragung von Erfassungsdaten versehen. Alternativ kann die Sensorvorrichtung 16 im Fall von drahtlosen Sensorelementen auch frei von einem solchen Verbindungskabel sein. In diesem Fall umfasst das Sensorgehäuse 34 den Kabelausgang 52 nicht.
Der Sensorkörper 34 ist einteilig hergestellt. Der Sensorkörper 30 ist aus einem Kunststoff hergestellt. Beispielsweise kann der Sensorkörper 34 aus PA 6.6 oder PBT hergestellt sein. Alternativ kann der Sensorkörper 34 auch aus anderen Materialien hergestellt werden, z. B. aus Stahl.
Die Leiterplatte 38 ist an dem Sensorgehäuse 34 gesichert. Die Leiterplatte 38 ist in dem durch das Sensorgehäuse 34 definierten Raum 50 untergebracht. Im dargestellten Beispiel ist die Leiterplatte 38 an dem inneren axialen Abschnitt 46 des Sensorkörpers gesichert.
Alternativ kann die Leiterplatte 38 auch an dem äußeren axialen Abschnitt 44 des Sensorkörpers gesichert sein.
Die Sensorelemente 36 werden von der Leiterplatte 38 getragen, die ihrerseits von dem Sensorgehäuse 34 getragen wird. Wie später beschrieben wird, sind die Sensorelemente 36 auf der Leiterplatte 38 axial an der Seite des Impulsrings 14 befestigt.
Wie bereits erwähnt, ist der Impulsring 14 am Innenring 18 gesichert. Der Impulsring 14 ist in der Bohrung 18a des Innenrings gesichert. Der Impulsring 14 wird in der an der Bohrung 18a gebildeten Nut 32 gesichert. In dem offenbartes Beispiel ist der Impulsring 14 einteilig hergestellt. Der Impulsring 14 ist aus Metall hergestellt.
Wie in den 1, 5 und 6 dargestellt, umfasst der Impulsring 14 einen ringförmigen radialen Abschnitt 54 und mehrere innere axiale Nasen 56, die sich axial von dem radialen Abschnitt 54 erstrecken. Die Nasen 56 erstrecken den radialen Abschnitt 54 axial nachinnen. Die Nasen 56 erstrecken axial eine Kante des radialen Abschnitts 54 mit kleinem Durchmesser. Die Nasen 56 sind in Umfangsrichtung, hier gleichmäßig, beabstandet. Die Nasen 56 sind hier identisch zueinander. Im dargestellten Beispiel sind vier Nasen 56 vorgesehen. Alternativ kann auch eine andere Anzahl von Nasen 56 vorgesehen sein, beispielsweise zumindest zwei Nasen. Jede Nase 56 kann sich beispielsweise über einen winkelförmigen Sektor erstrecken, der zwischen 35° und 55° enthalten ist und vorzugsweise gleich 45° ist.
Im dargestellten Beispiel ist der Impulsring 14 axial an der Seitenfläche 18c des Innenrings befestigt. Der radiale Abschnitt 54 des Impulsrings liegt axial an der Seitenfläche 18c an. Die Nasen 56 sind in der Bohrung 18a des Innenrings befestigt. Die Nasen 56 kommen radial mit der Bohrung 18a in Kontakt. Die Nasen 56 kommen radial mit dem zweiten zylindrischen Abschnitt 18a₂ der Bohrung in Kontakt.
Jede Nase 56 ist mit einem Haken 58 versehen, der sich radial erstreckt und in die Nut 32 eingreift, um den Impulsring 14 relativ zum Innenring 18 axial festzuhalten. Jeder Haken 58 erstreckt sich von der zugehörigen Nase 56 radial nach außen. Jeder Haken 58 liegt axial an der radialen Seitenwand 32a der Nut an. Jeder Haken 58 ist am freien Ende der zugehörigen Nase 56 vorgesehen. Jeder Haken 58 und die zugehörige Nase 56 haben im Querschnitt eine L-Form. Die Nasen 56 und die Haken 58 bilden zusammen einen Schnappabschnitt des Impulsrings 14.
Wie bereits erwähnt, ist der Impulsring 14 in dem dargestellten Beispiel mit mehreren axialen Nasen 56 versehen. Alternativ kann der Impulsring 14 mit einem ringförmigen axialen Abschnitt, der sich axial von dem radialen Abschnitt 54 erstreckt, und mit den Haken 58 oder mit einem ringförmigen Haken versehen sein, der in die Nut 32 des Innenrings eingreift. In diesem Fall bilden der ringförmige axiale Abschnitt und die Haken 58 bzw. der ringförmige Haken zusammen den Schnappabschnitt des Impulsrings 14.
Im dargestellten Beispiel ist der Impulsring 14 mit mehreren Durchgangsöffnungen 60 versehen, die an dem radialen Abschnitt 54 gebildet sind. Die Öffnungen 60 erstrecken sich durch die axiale Dicke des radialen Abschnitts 54. Die Öffnungen 60 sind in Umfangsrichtung, hier gleichmäßig, voneinander beabstandet. Die Öffnungen 60 sind hier identisch zueinander. Im dargestellten Beispiel sind vier Öffnungen 60 vorgesehen. Alternativ kann auch eine andere Anzahl von Öffnungen 60 vorgesehen sein, beispielsweise nur eine Öffnung oder zumindest zwei Öffnungen 60. Beispielsweise kann sich jede Öffnung 60 über einen winkelförmigen Sektor erstrecken, der zwischen 35° und 55° enthalten ist und vorzugsweise gleich 45° ist. Im dargestellten Beispiel ist jede Durchgangsöffnung 60 umfänglich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nasen 56 angeordnet, während sie radial nach außen versetzt ist. Jede Durchgangsöffnung 60 öffnet sich radial nach innen.
Jede Durchgangsöffnung 60 ist an dem radialen Abschnitt 54 so gebildet, dass ein Teil der Seitenfläche 18c des Innenrings axial von der Außenseite durch die Öffnung 60 zugänglich ist. Mit anderen Worten lässt jede Öffnung 60 des radialen Abschnitts 54 einen Teil der Seitenfläche 18c des Innenrings frei.
Jede Durchgangsöffnung 60 ist an dem radialen Abschnitt 54 des Impulsrings gebildet, um radial zwischen der Bohrung 18a und der Außenfläche 18b des Innenrings angeordnet zu sein. Jede Durchgangsöffnung 60 ist in Bezug auf die Bohrung 18a radial nach außen und in Bezug auf die Außenfläche 18b radial nach innen versetzt. Der Innendurchmesser jeder Durchgangsöffnung 60 ist größer als der Durchmesser der Bohrung 18a, und ihr Außendurchmesser ist kleiner als der Durchmesser der Außenfläche 18b.
Der Impulsring 14 ist auch mit mehreren Zähnen 62 an seinem Umfang versehen. Die Zähne 62 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet. Zwischen jedem Paar von aufeinanderfolgenden Zähnen 62 ist eine Aussparung oder Öffnung 64 vorgesehen. Der Impulsring 14 ist also mit alternierenden Zähnen 62 und Öffnungen 64 versehen.
Wie bereits erwähnt, ist jedes Sensorelement 36 auf der Leiterplatte 38 axial an der Seite des Impulsrings 14 befestigt. Jedes Sensorelement 36 ist dem Impulsring 14 axial zugewandt. Die Sensorelemente 36 sind auf dem gleichen Durchmesser auf der Leiterplatte 38 angeordnet. Jedes Sensorelement 36 ist axial einem der Zähne 62 oder Öffnungen 64 des Impulsrings zugewandt. Die Sensorelemente 36 sind gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Die Sensorvorrichtung 16 kann beispielsweise drei Sensorelemente 36 umfassen. Alternativ kann auch eine andere Anzahl von Sensorelementen 36 vorgesehen sein, beispielsweise ein oder zwei Sensorelemente 36 oder zumindest vier Sensorelemente 36.
Vorzugsweise verwenden die Sensorelemente 36 eine Induktionstechnik. Jedes Sensorelement 36 kann einen induktiven Schaltsensor, z. B. eine Abtastspule, enthalten. Der Schalter eines jeden Sensorelements 36 wird durch den Metallimpulsring 14 ausgelöst. Die Zähne 62 und die Öffnungen 64 des Impulsrings werden als differentielle Induktivitätsfeldreferenz verwendet.
Alternativ können der Impulsring 14 und die Sensorelemente 36 jede andere geeignete Technologie anstelle einer Induktionstechnik verwenden. So kann z. B. eine optische Technik oder eine magnetische Technik eingesetzt werden. Im Falle einer magnetischen Technik kann der Impulsring 14 alternierende Nord- und Südpole aufweisen und die Sensorelemente 36 können Hall-Effekt-Sensoren aufweisen.
Wie bereits erwähnt, ist das Lager 12 dazu bestimmt, in einem nicht rotierenden Element wie dem Gehäuse 13 (9) der zugehörigen Vorrichtung befestigt zu werden. Zu diesem Zweck kann ein Montagewerkzeug 70, wie es in den 7 und 8 dargestellt ist, verwendet werden.
Das Werkzeug 70 umfasst einen ringförmigen Greifabschnitt 72 und mehrere axiale Zähne 74, die sich axial an einem Ende des Greifabschnitts 72 erstrecken. Die Zähne 74 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Hier sind die Zähne 74 untereinander identisch. Die Anzahl der Zähne 74 des Werkzeugs ist gleich der Anzahl der Durchgangsöffnungen 60 des Impulsrings. Die winkelförmige Abmessung jedes Zahns 74 ist kleiner als die der Durchgangsöffnungen 60. Jeder Zahn 74 ist dazu ausgelegt, in einer der Durchgangsöffnungen 60 des Impulsrings 14 in Eingriff zu sein, ohne Kontakt mit dem Impulsring 14.
Die Anordnung der Sensorlagereinheit 10 im Gehäuse der zugehörigen Vorrichtung erfolgt mit dem Werkzeug 70.
Zunächst wird das Werkzeug 70 so positioniert, dass sich jeder Zahn 74 durch eine der Öffnungen 60 des Impulsrings erstreckt und axial in Kontakt mit der Seitenfläche 18c des Innenrings des Lagers kommt. Die Durchgangsöffnungen 60 des Impulsrings ermöglichen den Durchgang der Zähne 74 des Werkzeugs, um axial direkt an der Seitenfläche 18c anzuliegen, wie in 7 dargestellt ist.
Das Werkzeug 70 befindet sich teilweise in der Bohrung des Sensorgehäuses 34 der Sensorlagereinheit 10. Der axiale Kontakt zwischen den Zähnen 74 des Werkzeugs und der Seitenfläche 18c des Innenrings ist der einzige Kontakt zwischen dem Werkzeug 70 und der Sensorlagereinheit 10. Es besteht kein Kontakt zwischen dem Werkzeug 70 und dem Impulsring 14, oder zwischen dem Werkzeug und dem Sensorgehäuse 34.
Zweitens wird mit Hilfe des Werkzeugs 70 eine axiale Kraft direkt auf die Seitenfläche 18c des Innenrings des Lagers ausgeübt, um den Außenring 20 des Lagers im Gehäuse zu befestigen. Vorzugsweise wird der Außenring 20 in das Gehäuse eingepresst. Die Durchgangsöffnungen 60 des Impulsrings ermöglichen es, während des Einbaus der Sensorlagereinheit 10 in das Gehäuse axial direkt auf den Innenring 18 des Lagers zu drücken.
Sobald die Anordnung der Sensorlagereinheit 10 im Gehäuse 13 der zugehörigen Vorrichtung erreicht ist, wird die Welle 11 in der Bohrung des Innenrings 18 des Lagers befestigt.
In einer alternativen Ausführungsform könnte das Lager 12 der Sensorlagereinheit auf der Welle 11 der zugehörigen Vorrichtung befestigt werden und dann das Lager 12 in das Gehäuse 13 eingeführt werden. In diesem Fall ist es möglich, die Durchgangsöffnungen 60 des Impulsrings nicht vorzusehen.
Wie bereits erwähnt, ist im dargestellten Beispiel der erste Ring des Wälzlagers der innere rotierbare Ring, während der zweite Ring der äußere feste Ring ist. Alternativ könnte auch eine umgekehrte Anordnung bereitgestellt werden, bei der der erste Ring den äußeren rotierbaren Ring bildet und der zweite Ring den inneren festen Ring bildet. In diesem Fall wird der Impulsring 14 in einer Nut, die an der Außenfläche des Außenrings gebildet ist, gesichert, und die Sensorvorrichtung 16 ist an dem Innenring gesichert.
Im dargestellten Beispiel ist die Sensorlagereinheit mit einem Wälzlager versehen, das eine Reihe von Wälzkörpern umfasst. Alternativ kann das Wälzlager zumindest zwei Reihen von Wälzkörpern umfassen. In den dargestellten Beispielen sind die Wälzkörper Kugeln. Alternativ kann das Lager auch andere Arten von Wälzkörpern umfassen, z. B. Rollen. In einer anderen Variante kann das Wälzlager auch mit einem Gleitlager versehen sein, das keine Wälzkörper hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7367714 [0004]

Claims

Sensorlagereinheit, welche umfasst: - ein Lager (12), das einen ersten Ring (18) und einen zweiten Ring (20) umfasst, die auf einer Drehachse (X-X') zentriert sind, - einen Impulsring (14), der an dem ersten Ring (18) des Lagers gesichert ist, und - eine Sensorvorrichtung (16) zum Detektieren von Drehparametern des an dem zweiten Ring (20) des Lagers gesicherten Impulsrings, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulsring (14) in einer Nut (32) gesichert ist, die auf einer zylindrischen Fläche (18a) des ersten Rings des Lagers gebildet ist, die radial auf der dem zweiten Ring (20) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Sensorlagereinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Impulsring (14) mit einem Schnappabschnitt (56, 58) versehen ist, der teilweise in Eingriff in der Nut (32) des ersten Rings ist, wobei der Schnappabschnitt im Querschnitt eine L-Form hat.
Sensorlagereinheit gemäß Anspruch 2, wobei der Schnappabschnitt (56, 58) des Impulsrings (14) axial an einer radialen Seitenwand (32a) der Nut des ersten Rings anliegt.
Sensorlagereinheit gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Schnappabschnitt (56, 58) des Impulsrings mehrere axiale Nasen (56) umfasst, die in der Umfangsrichtung beabstandet sind und jeweils mit einem radialen Haken (58) versehen sind, der in Eingriff in der Nut (32) des ersten Rings ist.
Sensorlagereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zylindrische Fläche (18a) des ersten Rings des Lagers eine Stufenform mit einem ersten zylindrischen Abschnitt (18a₁) und mit einem zweiten zylindrischen Abschnitt (18a₂) hat, der in Bezug auf den ersten zylindrischen Abschnitt radial zum zweiten Ring (20) hin versetzt ist, wobei die Nut (32) axial zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Abschnitt (18a₁, 18a₂) angeordnet ist.
Sensorlagereinheit gemäß Anspruch 5 in Abhängigkeit von einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei der Schnappabschnitt (56, 58) des Impulsrings in Bezug auf den ersten zylindrischen Abschnitt (18a₁) der zylindrischen Fläche radial zum zweiten Ring (20) des Lagers hin versetzt ist oder mit dem ersten zylindrischen Abschnitt (18a₁) bündig ist.
Sensorlagereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nut (32) des ersten Rings eine ringförmige Form hat.
Sensorlagereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nut (32) an der Innenbohrung (18a) des ersten Rings gebildet ist, der den Innenring des Lagers bildet.
Sensorlagereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (16) ein am zweiten Ring (20) des Lagers gesichertes Sensorgehäuse (34) und zumindest ein vom Sensorgehäuse getragenes und mit dem Impulsring (14) zusammenwirkendes Sensorelement (36) umfasst.
Sensorlagereinheit gemäß Anspruch 9, wobei der Impulsring (14) aus Metall hergestellt ist und mit alternierenden Zähnen (62) und Öffnungen (64) versehen ist und das Sensorelement (36) der Sensorvorrichtung fähig ist, die Metallimpulsringzähne und - Öffnungen zu erfassen.