DE19531992A1

DE19531992A1 - Kaltgeschmiedeter Impulsgeberring

Info

Publication number: DE19531992A1
Application number: DE19531992A
Authority: DE
Inventors: Eiji Tajima
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1996-03-07
Also published as: GB9517285D0; JPH0868804A; GB2292781A; GB2292781B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kaltgeschmiedeten Impulsge berring zur Verwendung in einer Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfas sen der Umdrehungsgeschwindigkeit eines in einem Antiblockiersystem (ABS) in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Rades.

Der oben genannte Impulsgeberring liegt in der Form eines Zahnrades mit ei ner Vielzahl von Zähnen vor, welche so ausgelegt sind, daß sie von einem elek tromagnetischen Induktionssensor während der Drehung des Zahnrades erfaßt werden können, wobei der elektromagnetische Induktionssensor einen die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades anzeigenden Ausgabeimpuls erzeugt. Be kannte Impulsgeberringe werden im allgemeinen durch Sintern oder Fräsen hergestellt, und die Zähne an den bekannten Impulsgeberringen weisen, wie in Fig. 5A zu sehen, eine Gestalt mit einem Paar steil geneigter, einander gegenü berliegender Zahnflanken auf, welche in radialer Richtung vom Ringkörper wegstehen.

Da sowohl die Verwendung der Sintertechnik als auch der Frästechnik zur Herstellung der bekannten Impulsgeberringe erhöhte Herstellungskosten ver ursacht, bestand seit langer Zeit das Bedürfnis nach einem preiswerten Her stellungsverfahren.

Als ein preiswertes Verfahren zum Herstellen eines Impulsgeberrings, kommt z. B. ein Kaltschmiedeverfahren in Frage. Bei einem solchen Kaltschmiedever fahren wird das Material für den Impulsgeberring in Formen gepreßt um die Bildung der Zähne am Zahnrad zu ermöglichen.

Falls die Zähne mittels eines solchen Kaltschmiedeverfahrens hergestellt wur den, galt im allgemeinen, daß es schwierig gewesen ist, die Zähne so zu for men, daß sie eine wie in Fig. 5A gezeigte, steil geneigte Gestalt aufweisen.

Statt dessen bestand eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß die Zähne so geformt wurden, daß sie jeweils ein Paar nur mäßig geneigter, einander gegenüberlie gender Zahnflanken aufweisen, wie in Fig. 5B gezeigt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß falls die Zähne des Impulsgeberrings eine wie in Fig. 5B gezeigte Gestalt aufweisen, der Impulsgeberring in der Praxis nicht mehr verwendbar ist, da der elektromagnetische Induktionssensor dabei die Tendenz aufweist, eine soweit erniedrigte Spannung auszugeben, daß keine zu verlässige Erfassung der Drehung des Rades mehr möglich ist. Die Ausgabe spannung des Sensors weist z. B. abhängig von der Umdrehungsgeschwindig keit des Impulsgeberrings Wellenformen auf, wie sie durch die Kurve a oder die Kurve b in Fig. 6A dargestellt sind. Dabei ist die Ausgabespannung niedrig, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Impulsgeberrings gering ist.

Die Ausgabespannung des Sensors muß einen vorbestimmten Schwellwertpe gel SL übersteigen, um mögliche Störeinflüsse durch Rauschen zu unter drücken und wird dann, wie in Fig. 6B gezeigt, in eine rechteckige Wellenform umgeformt. Dementsprechend gilt, daß eine Erfassung der Umdrehungsge schwindigkeit wegen des Schwellwertpegels SL nicht möglich ist, wenn der Im pulsgeberring sich mit einer zu niedrigen Geschwindigkeit dreht. Falls die Zäh ne des Impulsgeberrings so ausgeführt sind, daß sie ein Profil mit nur mäßig geneigten Zahnflanken aufweisen und die Ausgabespannung des Sensors we gen der Gestalt der Zähne eines derart geformten Impulsgeberrings erniedrigt wird, gilt somit, daß die kleinstmögliche Drehgeschwindigkeit des Impulsgeber rings, bei welcher die Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit gerade noch in ausreichender Weise gewährleistet werden kann, höher ausfüllt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Impulsgeberring be reitzustellen, welcher kalt schmiedbar ist, und welcher in wirksamer Weise zu einer ausreichende Ausgabespannung eines Sensors zur Erfassung der Drehbe wegung des Impulsgeberrings beiträgt.

Zu diesem Zweck umfaßt der verbesserte erfindungsgemäße kaltgeschmiedete Impulsgeberring einen Ringkörper mit einer inneren und einer äußeren Um fangsfläche. Eine Vielzahl von längs des Umfangs angeordneten Zähnen sind mittels eines Kaltschmiedeverfahrens einstückig mit der inneren oder äußeren Umfangsfläche des Ringkörpers verbunden und stehen in radialer Richtung über den Ringkörper auf. Jeder der Zähne ist so profiliert, daß er eine im we sentlichen trapezförmige Gestalt mit einem Zahnflankenneigungswinkel nicht kleiner als 5° und nicht größer als 15° aufweist.

Im allgemeinen sind Impulsgeberringe so ausgeführt, daß eine um so höhere Ausgabespannung von einem Sensor erhältlich ist, je kleiner der Zahnflanken neigungswinkel ist. Falls jedoch der Zahnflankenneigungswinkel Θ kleiner ist als 5°, wird es praktisch fast unmöglich ein Kaltschmiedeverfahren anzuwen den. Weiterhin gilt, daß die Ausgabespannung des Sensors erheblich niedriger ausfällt, falls der Zahnflankenneigungswinkel 15° übersteigt.

Aus diesem Grunde wird bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung der Zahnflankenneigungswinkel eines jeden Zahns des kaltgeschmiedeten Impuls geberrings im Bereich zwischen 5° bis 15° gewählt. Somit ist es nicht nur mög lich, die Herstellung des Impulsgeberrings mittels eines Kaltschmiedeverfah rens durchzuführen, sondern auch eine ausreichende Ausgabespannung des Sensors sicherzustellen.

Bevorzugterweise ist der Zahnflankenneigungswinkel nicht kleiner als 7° aber auch nicht größer als 15° und insbesondere nicht kleiner als 8°, aber auch nicht größer als 14°.

Weiterhin weißt ein jeder Zahn eine Zahnhöhe auf, welche bevorzugterweise nicht kleiner als 1 mm, aber auch nicht größer als 3 mm ist.

Zusätzlich hat an jeder Zahn eine Zahnbreite, welche bevorzugterweise nicht kleiner als 1 mm, aber auch nicht größer als 2 mm ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau kann nicht nur ein Kaltschmiedeverfah ren bei der Herstellung eines Impulsgeberrings verwendet werden, sondern es kann auch sichergestellt werden, daß eine ausreichende Ausgabespannung vom Sensor bereitgestellt wird.

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnun gen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilausschnitt in Draufsicht eines Impulsgeberrings gemäß ei ner ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 eine schematische Dastellung einer Rotationserfassungsvorrichtung, welche aus einem erfindungsgemäßen Impulsgeberring sowie einem Sensor besteht;

Fig. 3A und 3B schematische Schnitte durch Vorrichtungen zum Herstellen eines er findungsgemäßen Impulsgeberrings, wobei eine Sequenz von Her stellschritten gezeigt ist, bei der ein Stempel in verschiedenen Stel lungen zu sehen ist;

Fig. 4 einen Teilausschnitt in Draufsicht eines erfindungsgemäßen Impuls geberrings gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5A einen Teilausschnitt in Draufsicht eines Impulsgeberrings, wobei die Gestalt der Zähne eines herkömmlichen Impulsgeberrings zu sehen ist;

Fig. 5B eine Ansicht wie in Fig. 5A, wobei eine weitere herkömmliche Form des in Fig. 5A gezeigten Impulsgeberrings und seiner Zähne zu sehen ist;

Fig. 6A ein Diagramm, welches die Ausgabespannung zeigt, die von einem elektromagnetischen Induktionssensor des Rotationserfassungsge räts erzeugt wird, in welchem ein Impulsgeberring verwendet wird; und

Fig. 6B ein Diagramm, welches die in eine Rechteckwellenform umgewandel te Ausgabespannung des Sensors zeigt.

Eine erste erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsform wird in folgenden in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 erläutert. Ein erfindungsgemäßer Im pulsgeberring 1 umfaßt einen Ringkörper 1a dessen äußere Umfangsfläche mit einer Vielzahl von Zähnen 2 versehen ist, welche radial nach außen aufstehen und in einem gleichmäßig Abstand in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die mit dem Ringkörper 1 einstückig verbundenen Zähne 2 werden mittels eines Kaltschmiedeverfahrens aus einem Material für den Impulsgeberring 1 geformt, so daß ein jeder Zahn 2 eine im wesentlichen trapezförmige Gestalt mit vorbestimmten Abmessungen aufweist, welche im folgenden näher erläu tert werden.

Insbesondere weist ein jeder Zahn 2 eine Basis 2a auf, welche einstückig mit dem Ringkörper 1a verbunden ist, einander gegenüberliegende Zahnflanken 2b, welche um dieselbe Länge nach außen vom äußeren Umfang des Ringkör pers 1a aufstehen, sowie einen im wesentlichen planen Zahnscheitel 2c. Bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform ist ein jeder Zahn 2 so profiliert und abgemessen, daß er einen Zahnflankenneigungswinkel Θ aufweist, welcher nicht kleiner 5°, aber auch nicht größer als 15° ist, eine Zahnhöhe h, welche nicht kleiner ist als 1 mm, aber auch nicht größer als 3 mm, und eine Zahnbrei te B, welche nicht kleiner ist als 1 mm, aber auch nicht größer als 2 mm ist.

Der oben genannte Zahnflankenneigungswinkel Θ ist der Winkel zwischen ei ner längs der Zahnflanke 2b laufenden Geraden, sowie einer in radialer Rich tung laufenden Mittelsenkrechten auf den Zahnscheitel 2c. Die oben genannte Zahnbreite B eines jeden Zahnes 2 wird in einer Richtung längs des Umfangs des Impulsgeberrings 1 längs eines gedachten Kreises gemessen, welcher durch einen Punkt C in der Mitte der Zahnhöhe h verläuft. Erfindungsgemäß wird das Verhältnis H/h der zwischen den inneren und äußeren Umfangsflächen des Ringkörpers 2 in radialer Richtung gemessenen Ringbreite H des Ringkörpers 2 relativ zur Zahnhöhe h so gewählt, daß es innerhalb eines solchen Bereiches liegt, innerhalb dessen ein Kaltschmiedeverfahren anwendbar ist, d. h. nicht kleiner als 1,0 aber auch nicht größer als 5,0. Für den Impulsgeberring kann entweder Weichstahl oder rostfreier Stahl verwendet werden. Falls Weichstahl als Material für den Impulsgeberring 1 verwendet wird, wird eine Oberflächen behandlung oder Oberflächenplattierung angewandt, um Rostbildung zu ver meiden.

Der Zahnflankenneigungswinkel Θ beträgt bevorzugterweise nicht weniger als 7°, aber auch nicht mehr als 15°, und insbesondere nicht weniger als 8°, aber auch nicht mehr als 14°. Die Zahnhöhe h ist bevorzugterweise nicht kleiner als 2 mm, aber auch nicht größer als 3 mm. Die Zahnbreite B ist bevorzugterweise nicht kleiner als 1,0 mm, aber auch nicht größer als 1,5 mm. Eine bevorzugte Kombination des Zahnflankenneigungswinkels o, der Zahnhöhe h und der Zahnbreite B ist so gewählt, daß der Zahnflankenneigungswinkel Θ im Bereich zwischen 7° bis 15° liegt, die Zahnhöhe h im Bereich zwischen 2 bis 3 mm und die Zahnbreite B im Bereich von 1,0 bis 1,5 mm.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der erfindungsgemäße Impulsgeberring in der Pra xis so verwendet, daß eine Rotationserfassungsvorrichtung 4 in Kombination mit einem elektromagnetischen Induktionssensor 3 gebildet wird, um die Dreh bewegung der Zähne 2 zu erfassen.

Fig. 3 umfaßt die beiden Fig. 3A und 3B, und zeigt die Sequenz der Her stellschritte eines Impulsgeberrings 1 mittels eines Kaltschmiedeverfahrens, welches vom Anmelder der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen worden ist (siehe die Deutsche Offenlegungsschrift Nr. 4 411 410, veröffentlicht am 2. März 1995, oder die offengelegte Britische Patentbeschreibung Nr. 2 281 527, veröffentlicht am 8. März 1995).

Bei diesem Kaltschmiedeverfahren werden eine ringförmige Form 11 und ein im wesentlichen zylinderförmiger, mit einem Absatz versehener Stempel 12 verwendet, welche zusammenwirken um ein in die ausgeformte Kavität in der Form 11 eingesetztes ringförmiges Werkstück W für einen Impulsgeberring 1 mittels eines ringförmigen Absatzes 12c des Stempels 12 zu bearbeiten. Das ringförmige Werkstück W des Impulsgeberrings 1 kann z. B. eine Scheibe eines metallischen Rohrs oder ähnliches sein. Durch einen solchen Schmiedevorgang wird das ringförmige Werkstück W plastifiziert, wobei ein äußerer Umfangsab schnitt des Werkstücks W im Bereich einer Vielzahl von Vorsprüngen 13 zur Ausformung von Zähnen nach innen zurückweicht, wobei diese Zähne an der inneren Umfangswand der Form 11 in einem zahnradförmigen Muster ange bracht werden. Anschließend wird in Fig. 3B gezeigt, wie das Werkstück aus der Form 11 herausgenommen wird, um dabei den Impulsgeberring mit den Zähnen 2 fertigzustellen, bei denen es sich um Kopien des Musters der die Zäh ne festlegenden Vorsprünge 13 handelt.

Es sei angemerkt, daß der obere Endbereich 13a eines jeden radial nach innen sich erstreckenden Vorsprungs 13 in der Form 11 geneigt ist, um radial nach innen zuzulaufen, um somit die Führung des ringförmigen Werkstücks zu er leichtern, während dieses in der ausgeformten Kavität in der Form 11 mittels des Stempels 12 geschmiedet wird.

Nachdem das ringförmige Werkstück W in der oben geschilderten Weise ge schmiedet worden ist, wird der Stempel 12 aus der Form 11 angehoben, wodurch es möglich wird, den Impulsgeberring 1 vom Stempel 12 zu trennen, während er an einer Anschlagsklaue 15 hängen bleibt, die am Formhalter 14 aufgebracht ist.

Mit dem auf diese Weise hergestellten Impulsgeberring, dessen Zähne 2 so ge formt sind, daß sie daß erforderliche Profil aufweisen, kann nicht nur der elek tromagnetische Induktionssensor der Rotationserfassungsvorrichtung eine aus reichend hohe Ausgabespannung erzeugen, sondern es kann bei der Herstel lung eines solchen Impulsgeberrings 1 auch ein Kaltschmiedeverfahren ohne Schwierigkeiten angewandt werden. Das heißt mit anderen Worten, daß ob wohl eine relativ hohe Ausgabespannung vom Sensor erhalten werden kann, wenn der Zahnflankenneigungswinkel Θ verkleinert wird, ist es trotzdem fast unmöglich ein Kaltschmiedeverfahren anzuwenden, falls der Zahnflankennei gungswinkel Θ kleiner ist als 5°. Falls der Zahnflankenneigungswinkel 15° überstiege, würde gilt weiterhin gelten, daß die Ausgabespannung des Sensors merklich erniedrigt würde. Aus diesem Grunde erlaubt es die Auswahl des Be reiches von 5° bis 15° für den Zahnflankenneigungswinkel, ein Kaltschmiede verfahren anzuwenden und auch eine ausreichende Ausgabespannung des Sen sors sicherzustellen.

Weiterhin kann eine hohe Ausgabespannung vom Sensor erhalten werden, wenn die Zahnhöhe h erhöht wird. Falls jedoch diese Zahnhöhe h größer ist als 3 mm, kann ein Kaltschmiedeverfahren nicht mehr ohne Schwierigkeiten ange wendet werden. Falls aber die Zahnhöhe h kleiner ist als 1 mm, kann vom Sen sor keine ausreichende Ausgabespannung mehr erhalten werden. Demgemäß ermöglicht es die Auswahl des Bereichs von 1 mm bis 3 mm für die Zahnhöhe h ein Kaltschmiedeverfahren anzuwenden und auch eine ausreichende Ausgabe spannung des Sensors sicherzustellen.

Falls die Zahnbreite B kleiner ist als 1 mm, ist es nicht ohne Schwierigkeiten möglich, ein Kaltschmiedeverfahren anzuwenden. Dies gilt auch dann, wenn die Zahnbreite 2 mm überschreitet. Weiterhin gilt, daß falls die Zahnbreite 2 mm überschreitet, die Ausgabespannung des Sensors absinken würde.

Aus den oben genannten Gründen wird der Zahnflankenneigungswinkel Θ zwi schen 5° bis 15° gewählt, die Zahnhöhe h zwischen 1 bis 3 mm, und die Zahn breite im Bereich von 1 bis 2 mm. Dies führt zu Zähnen 2, welche ein optimales Profil haben und welches dazu dient, eine ausreichende Ausgabespannung des Sensors ohne unangemessene Reduzierung derselben sicherzustellen, und auch einen preiswerten Impulsgeberring 1 unter Verwendung eines Kaltschmiede verfahrens herzustellen. Der für die Zwecke der vorliegenden Erfindung opti male Bereich des Zahnflankenneigungswinkels Θ, der Zahnhöhe h und der Zahnbreite B sind aufgrund von Versuchen durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung ermittelt worden.

Es sei darauf hingewiesen, daß obwohl die oben erläuterte Zahnhöhe h als auch die Zahnbreite B in Verbindung gesetzt werden können zur Ringbreite H, dem inneren Durchmesser d des Ringkörpers 1a, und dem Schrittwinkel p, welcher dem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen 2 entspricht, es nicht nur möglich ist, eine ausreichende Ausgabespannung des Sensors zu gewährlei sten, sondern auch das Kaltschmiedeverfahren für den Impulsgeberring 1a mit den oben erläuterten Zahnparametern im Bereich der oben erläuterten Werte durchzuführen, vorausgesetzt, daß die Ringbreite H nicht kleiner ist als 5 mm, aber auch nicht größer als 20 mm, der innere Durchmesser d des Ringkörpers 1a nicht kleiner ist als 50 mm, aber auch nicht größer als 90 mm, und der Schrittwinkel p nicht kleiner ist als 20, aber auch nicht größer als 4°.

Die oben genannten Ausführungen sind lediglich beispielhaft zu verstehen und der Fachmann kann entsprechende Abänderungen treffen. Z. B. kann statt der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform mit nach außen gerichteten Zähnen des Impulsgeberrings 1 die vorliegende Erfindung auch angewandt werden auf einen Impulsgeberring 1 mit nach innen gerichteten Zähnen, wie in Fig. 4 gezeigt.

Claims

1. Kaltgeschmiedeter Impulsgeberring (1), welcher umfaßt:
einen Ringkörper mit einer inneren und einer äußeren Umfangsfläche;
eine Vielzahl von längs des Umfangs in einem festen Abstand nebenein anderliegend angebrachten Zähnen, welche einstückig mit dem Ringkörper verbunden und so ausgeformt sind, daß sie in radialer Richtung vom Ringkör per aufstehen, wobei ein jeder Zahn eine mit dem Ringkörper einstückig ver bundene Basis, einander gegenüberliegende Zahnflanken und einen der Basis gegenüberliegenden Zahnscheitel aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zähne (2) mittels eines Kaltschmiedeverfahrens entweder an der inneren oder äußeren Umfangswand des Ringkörpers (1a) ausgeformt sind,
daß ein jeder Zahn (2) so geformt ist, daß er eine im wesentlichen trapez förmige Gestalt aufweist mit einem Zahnflankenneigungswinkel (Θ) nicht klei ner als 5°, aber auch nicht größer als 15°, wobei sich bei diesem Zahnflanken neigungswinkel um den Neigungswinkel einer jeden Zahnflanke (2a) relativ zur radialen Richtung handelt.

2. Kaltgeschmiedeter Impulsgeberring nach Anspruch 1, wobei der Zahn flankenneigungswinkel (Θ) nicht kleiner als 7°, aber auch nicht größer als 15° ist.

3. Kaltgeschmiedeter Impulsgeberring nach Anspruch 1, wobei der Zahn flankenneigungswinkel (Θ) nicht kleiner als 8°, aber auch nicht größer als 14° ist.

4. Kaltgeschmiedeter Impulsgeberring nach Anspruch 1, wobei die Zähne (2) eine Zahnhöhe (h) nicht kleiner als 1 mm, aber auch nicht größer als 3 mm aufweisen.

5. Kaltgeschmiedeter Impulsgeberring nach Anspruch 1, wobei die Zähne (2) eine Zahnbreite (B) nicht kleiner als 1 mm, aber auch nicht größer als 2 mm aufweisen.