DE19632345A1 - Wälzlager mit Drehzahlmeßeinrichtung - Google Patents

Wälzlager mit Drehzahlmeßeinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit Drehzahlmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei vielen Wälzlagerungen besteht heute das Bedürfnis, sie mit einer Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl zu versehen. So ist es Stand der Technik, Radlager von Kraftfahrzeugen mit einer Drehzahlerfassung auszurüsten, um z. B. aus den erhaltenen Signalen die Geschwindigkeit abzuleiten und diese zur Steuerung eines Antiblockiersystems heranzuziehen. Dabei besteht das Problem, daß auch niedrige Drehzahlen noch erfaßt werden sollen und der Sensor mit sehr kleinem Abstand zum Impulsgeberrad oder zu einer Kodierscheibe positioniert werden muß.
Ein Wälzlager mit in die Dichtung integrierter Impulsgeberscheibe ist aus der DE 37 35 070 A1 bekannt. Hierbei muß der Sensor jedoch mit geringem Luftspalt gegenüber der Dichtscheibe angeordnet sein, da die Signalstärke mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt.
Aus der US PS 4,688,951 ist auch ein Wälzlager bekannt, bei dem die elektrischen Signale kontaktlos übertragen werden sollen. Dabei ist ein Sensor auf dem rotierenden Lagerring angeordnet, der die elektrischen Signale mittels kapazitiver oder induktiver Feldänderungen oder in Form von Radiowellen auf einen Empfänger überträgt. Dazu ist es erforderlich, den Sender mit Energie zu versorgen, was mittels einer Batterie oder durch einen Minigenerator geschieht. Dies ist jedoch aufwendig, störanfällig und teuer.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlager der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden und bei einfachem und kostengünstigem Aufbau und geringen Abmessungen eine gegenüber Toleranzen von Lager und Umbauteilen unempfindliche telemetrische Energie- und Signalübertragung zwischen Lager und Umgebung erfolgt.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 7 bzw. 16 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Dadurch, daß die Unterbrechung eines hochfrequenten Telemetriesignalflußes durch die Kodierscheibe zur Signalerzeugung verwendet wird, kann bei einfachem und miniaturisierbarem Aufbau ohne Verwendung von Hall- oder magnetoresistiven Sensoren eine zuverlässige Drehzahlerfassung und Übertragung erfolgen.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel dargestellt werden.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Lageraufbau, bei dem die Reflexion von elektromagnetischen Hochfrequenzwellen an einem Kodierteil zur Signalerzeugung zur Anwendung gelangt.
Fig. 2 schematisch einen Lageraufbau, bei dem eine passive Signalschaltung in Form eines Schwingkreises zur Signalerzeugung verwendet wird.
Fig. 3 schematisch einen Lageraufbau, bei dem eine aktive im Lager befindliche Mikroschaltung von einem Frequenzgenerator mit Energie versorgt wird.
Fig. 4 zeigt eine gewellt ausgeführte Kodierscheibe und den Signalverlauf.
Fig. 5 zeigt eine gelocht ausgeführte Kodierscheibe und den Signalverlauf.
Fig. 6 zeigt eine gezahnt ausgeführte Kodierscheibe und deren Signalverlauf.
In Fig. 1 ist eine Wälzlagerung gezeigt, bei der der Außenring mit 1, der Innenring mit 2, die Wälzkörper mit 3 und die Kodierscheibe mit 4 bezeichnet ist. Die Wälzkörper können von einem Käfig (nicht gezeigt) auf Abstand gehalten werden. In dem dargestellten Beispiel dreht sich der Innenring 2 und folglich auch die Kodierscheibe 4. Die Kodierscheibe kann z. B. galvanisch aufgebrachte reflektierende Markierungen aufweisen oder in einfacher Ausführung als Lochblech, Wellblech oder Zahnrad ausgebildet sein. Ein außerhalb des Lagers angeordneter Hochfrequenzsender 5 strahlt ein Hochfrequenzsignal auf die Kodierscheibe 4, von der es je nach Stellung der Kodierscheibe 4 reflektiert wird (oder nicht) und zu einem Hochfrequenzempfänger 6 gelangt, der das reflektierte Signal erfaßt, registriert und einer Signalverarbeitung zuführt. Die Stellung der Kodierscheibe kann auch durch die Auswertung der Signallaufzeit ermittelt werden (siehe Fig. 4). Je nach Stellung der Kodierscheibe ergibt sich eine Laufzeit a oder b. Wenn zwei Empfänger nebeneinander angeordnet werden, kann die Signalverarbeitung nicht nur die Drehzahl sondern auch die Drehrichtung erkennen. Die Energieversorgung erfolgt dabei problemlos über ein Stromkabel 7, über das auch die Empfangssignale an eine Signalverarbeitung 8 weitergeleitet werden. Moderne Chipfertigung ermöglicht es, Sender 5, Empfänger 6 und Signalverarbeitung 8 in ein Mikrobauteil zu integrieren.
Wie in Fig. 2 gezeigt, kann eine Hochfrequenz-Sende- und Empfangsanlage auch auf eine drehende Kodierscheibe 4 gerichtet sein, hinter der sich ein am stehenden Lagerring angeordneter Mikroschwingkreis 10 befindet. Dieser Mikroschwingkreis 10 generiert seinerseits ein Antwortsignal, wenn er von einem Hochfrequenzstrahl getroffen wird. Je nachdem, ob die Kodierscheibe den HF-Strahl durchläßt oder nicht, wird der Mikroschwingkreis 10 zu einem Antwortsignal angeregt oder nicht, so daß die in die Hochfrequenz-Sende- und Empfangsanlage integrierte Auswerteeinheit die Drehzahl und /oder Drehrichtung errechnen kann. An Stelle eines Schwingkreises kann auch z. B. ein Oberflächenwellensensor verwendet werden.
Ähnlich funktioniert auch ein Aufbau nach Fig. 3. Hierbei wird von einem Frequenzgenerator 11 eine aktive Mikroschaltung 12 mit Energie versorgt, wenn die Kodierscheibe den Hochfrequenzstrahl durchläßt (Loch). Die Mikroschaltung 12 sendet daraufhin ein Antwortsignal aus, welches von dem Hochfrequenzempfänger 13 aufgefangen und einer Auswertung zugeführt wird. In einer Variante kann das Signal als Echo auf eine gepulste Energieversorgung ausgelegt sein, was nur eine Spule in Sender und Mikroschaltung erfordert.
Bei einer gewellt ausgeführten Kodierscheibe nach Fig. 4 wird das Signal je nach Stellung der Kodierscheibe entweder zum Empfänger oder an diesem vorbei reflektiert. Es kann aber auch die unterschiedliche Signallaufzeit gemessen und ausgewertet werden, welche sich aus den unterschiedlichen Abständen a bzw. b ergibt.
Bei einer gelocht ausgeführten Kodierscheibe nach Fig. 5 wird das Signal je nach Stellung der Kodierscheibe entweder zum Empfänger reflektiert oder nicht.
Auch bei einer gezahnt ausgeführten Kodierscheibe nach Fig. 6 wird das Signal je nach Stellung der Kodierscheibe entweder zum Empfänger reflektiert oder nicht.
Mit den aufgezeigten Anordnungen ist gegenüber herkömmlichen Sensoren ein wesentlich größerer Abstand zwischen Sensor und Lager zu verwirklichen. Während herkömmliche Luftspalte in der Größenordnung von 0,5 bis max. 3 mm anzusetzen waren, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Wälzlager Luftspalte bis 5 mm und mehr verwirklichen. Die moderne Chipausführung stellt dabei kostengünstige und zuverlässige Bauteile zur Verfügung. Die bisher verwendeten Hall- und magnetoresistiven Sensoren und deren Magnete können eingespart werden. Auch die Energieversorgung ist problemlos, da am drehenden Teil keine Kabel oder Stecker nötig sind.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Kodierscheibe bzw. die Sende- und Empfangseinrichtung natürlich nicht nur wie gezeigt axial sondern auch radial oder schräg angeordnet sein kann und die Kodierscheibe auch in die Dichtung oder in den Käfig oder in einen Lagerring integriert sein kann.

Claims (24)

1. Wälzlager mit Drehzahlmeßeinrichtung, insbesondere Radlager für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß von einem außerhalb des Lagers angeordneten Hochfrequenzsender (5) gerichtete hochfrequente elektromagnetische Wellen (Mikrowellen) auf eine am drehenden Teil des Lagers angeordnete Kodierscheibe (4) gesendet werden, die von der Kodierscheibe (4) je nach deren Stellung zu einem außerhalb des Lagers angeordneten Empfänger (6) reflektiert werden oder nicht, wobei die reflektierten elektromagnetischen Wellen von dem Empfänger (6) aufgefangen und die daraus resultierenden Impulse einer Signalverarbeitungs- und/oder Weiterleitungseinheit (8) zugeführt werden.
2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehrichtungserkennung zwei Empfänger (6) nebeneinander angeordnet sind.
3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (5) und Empfänger (6) als miniaturisierte Baueinheiten mit Mikrospulen und/oder Mikroantennen ausgebildet sind.
4. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierscheibe (4) als Lochblech, Wellblech oder Zahnrad ausgebildet ist oder mit galvanisch aufgebrachten Markierungen versehen ist.
5. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierscheibe (4) in die Wälzlagerdichtung integriert ist.
6. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signallaufzeit gemessen und ausgewertet wird.
7. Wälzlager mit Drehzahlmeßeinrichtung, insbesondere Radlager für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein außerhalb des Lagers angeordneter Hochfrequenzsender gerichtete hochfrequente Wellen durch eine sich mit dem drehenden Lagerring (2) drehende Kodierscheibe (4) (z. B. Lochblende) hindurch auf einen am stehenden Lagerring (1) angeordneten Schwingkreis (10) sendet, der dadurch angeregt wird und je nach Stellung der Kodierscheibe (4) ein Antwortsignal gibt oder nicht, wobei die Rückmeldung des Schwingkreises (10) in Abhängigkeit des Sendesignals von einem außerhalb des Lagers angeordneten Empfänger aufgefangen und die daraus resultierenden Impulse einer Signalverarbeitung und/oder Weiterleitungseinheit zugeführt werden.
8. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (9) nur einen kurzen Impuls sendet und in der Sendepause das Antwortverhalten des Schwingkreises mißt.
9. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender die vom Schwingkreis (10) über die Spule oder Antenne aufgenommene Leistung, welche von der Codierscheibe beeinflußt wird, mißt und auswertet.
10. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Meßwerte (Reifendruck, Reifentemperatur) in einer mit dem Schwingkreis verbundenen Mikroschaltung verarbeitet und diese Information z. B. digital verschlüsselt über den Signalweg auf den Hochfrequenzempfänger (13) gesendet wird.
11. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle oder zusätzlich zum Schwingkreis ein Oberflächenwellensensor eingesetzt ist.
12. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehrichtungserkennung zwei benachbarte Schwingkreise (10) und/oder zwei benachbarte Sender/Empfänger (9) vorgesehen sind.
13. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehwinkelerkennung mehrere Schwingkreise (10) mit jeweils unterschiedlichem Antwortverhalten vorgesehen sind.
14. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender/Empfänger und/oder der Schwingkreis in Mikrotechnik (Mikrospule bzw. Mikroantenne) ausgeführt ist.
15. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kodierscheibe (4) und/oder Schwingkreis (10) in die Dichtung integriert sind.
16. Wälzlager mit Drehzahlmeßeinrichtung, insbesondere Radlager für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein außerhalb des Lagers angeordneter Frequenzgenerator (11) eine im Lager befindliche aktive Mikroschaltung (12) berührungslos mit Energie versorgt, welche ein Antwortsignal erzeugt und dieses als gerichtetes Hochfrequenzsignal zu einem Empfänger (13) sendet, wobei eine sich mit dem Lager drehende Kodierscheibe (4) je nach ihrer Stellung das Antwortsignal und/oder die Energieversorgung unterbricht und die daraus resultierenden Impulse einer Signalverarbeitungs- und/oder Weiterleitungseinheit zugeführt werden.
17. Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung durch mehrere oder alle Löcher der Kodierscheibe hindurch erfolgt.
18. Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Meßwerte (Reifenluftdruck, Reifentemperatur) in der Mikroschaltung verarbeitet und diese Information z. B. digital verschlüsselt über den Signalweg auf den Hochfrequenzempfänger (13) gesendet wird.
19. Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehrichtungserkennung mehrere benachbarte aktive Mikroschaltungen (12) und/oder Hochfrequenz-Empfänger (13) vorgesehen sind.
20. Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehwinkelerkennung mehrere Schwingkreise mit jeweils unterschiedlichem Antwortverhalten vorgesehen sind.
21. Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung gepulst erfolgt, wobei die Mikroschaltung, die ein langes Nachschwingverhalten aufweist, während der Energiesendepause das Antwortsignal sendet.
22. Wälzlager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Sender als auch die Mikroschaltung mit jeweils nur einer Spule/Antenne ausgestattet ist.
23. Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsantennen als Mikrochip ausgebildet sind.
24. Wälzlager nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodierscheibe (4) und/oder der Mikrochip in die Wälzlagerdichtung integriert sind.
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