DE19732347A1 - Vorrichtung zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit zwischen einem rotierenden Bauteil und einem stationären Bauteil - Google Patents

Vorrichtung zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit zwischen einem rotierenden Bauteil und einem stationären Bauteil

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestim­ men der Relativgeschwindigkeit zwischen einem rotierenden Bau­ teil und einem stationären Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrich­ tung zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit zwischen zwei Ringen eines Wälzlagers bei einem Fahrzeugrad, wobei ein Ring rotiert und der andere stationär vorgesehen ist, und wobei die Vorrichtung einen magnetisierten Ring mit paarweise angeordneten, entgegengesetzt magnetisierten Polen, der sich mit dem rotierenden Ring dreht und einen Sensorring mit einer induktiven Sensorspule und den magnetischen Fluß leitenden Elementen, der an einem stationären Bauteil angebracht ist, aufweist.
Eine derartige Vorrichtung ist schon aus der EP-B-0 438 624 bekannt. Allerdings weist diese Vorrichtung den Nachteil auf, daß der magnetisierte Ring teilweise zwischen den Enden von vorstehenden Polstücken des Sensorrings eingefügt werden muß. Damit ist beim Zusammenbau in allen Ebenen eine sehr genaue Ausrichtung der Ringe gegeneinander erforderlich, wobei nur sehr geringe Toleranzen der einzelnen Bauteile zugelassen werden können, um eine einwandfreie Funktion der Vorrichtung zu ermöglichen. Daraus ergibt sich, daß diese Konstruktion kompliziert und aufwendig zu fertigen ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit zwischen einem rotie­ renden Bauteil und einem stationären Bauteil zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt, die Konstruktion und den Zusammenbau der Vorrichtung zu vereinfachen und den Fertigungsaufwand zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Vorrichtung zum Bestim­ men der Relativgeschwindigkeit zwischen einem rotierenden Bau­ teil und einem stationären Bauteil, die gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeführt ist, wie folgt weitergebildet. Der magnetisierte Ring wird so ausgebildet, daß er eine ebene Frontfläche aufweist, die allein magnetisch wirksam ist. Der Sensorring wird so ausgebildet, daß er zusammen mit den den magnetischen Fluß leitenden Elementen ebenfalls eine ebene Frontfläche aufweist. Diese ebenen Frontflächen des magneti­ sierten Rings und des Sensorrings stehen sich parallel gegen­ über und sind in axialer Richtung durch einen schmalen Luft­ spalt getrennt. Die magnetische Flußübertragung vom magneti­ sierten Ring zum Sensorring erfolgt ausschließlich durch die sich parallel gegenüberstehenden, ebenen Frontflächen des magnetisierten Rings und des Sensorrings.
Durch die gewählte Konstruktion der Vorrichtung sind die Tole­ ranzen in der radialen Ebene zwischen dem magnetisierten Ring und dem Sensorring nicht mehr so kritisch, wie bei der Vor­ richtung nach dem Stand der Technik. Damit wird der Zusammenbau der Vorrichtung vereinfacht und der Fertigungsaufwand verrin­ gert. Die Konstruktion der Vorrichtung ist insgesamt verein­ facht, was auch zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit im Be­ trieb führt, da Umgebungseinflüsse, wie z. B. erhöhte Tempera­ tur, nicht mehr zu einem Defekt durch Berührungskontakt in der radialen Ebene führen können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.
So wird der Aufbau der Vorrichtung besonders einfach, wenn die ebenen Frontflächen des magnetisierten Rings und des Sensor­ rings in radialer Richtung liegen.
Um an der Sensorspule ein maximal erreichbares Signal abnehmen zu können, ist es günstig, wenn die in radialer Richtung lie­ gende, ebene Frontfläche des magnetisierten Rings in Flucht mit dem rotierenden Bauteil abschließt und wenn eine Sensorspule so auf den Sensorring gewickelt ist, daß sie der Frontfläche des magnetisierten Rings parallel gegenüberliegt.
Für eine einfache und gute mechanische Halterung der Sensor­ spule, wie auch, um ein kontinuierliches Signal mit einer relativ hohen Frequenz zu erhalten, in dem eine Änderung schnell bemerkt wird, ist es günstig, wenn die den magneti­ schen Fluß leitenden Elemente des Sensorrings in Form eines inneren und eines äußeren Zahnrings ausgebildet sind, deren Zähne ineinandergreifen. Die Zähne der Zahnringe sind radial angeordnet, was eine einfache Herstellung durch Ausschneiden eines Stahlrings und ein Biegen der Zähne um 90° erlaubt. Die Zähne der Zahnringe können eine rechteckige Form oder eine dreieckige Form aufweisen. Die dreieckige Form erscheint von der mechanischen Stabilität her als besonders vorteilhaft.
Ein alternativer, besonders leichter Aufbau ergibt sich, wenn die den magnetischen Fluß leitenden Elemente des Sensorrings in Form von gleichmäßig auf dem Ring verteilten Flußleitstegen ausgebildet werden, wobei sich die günstigste Signalsteuerung ergibt, wenn die Anzahl der Flußleitstege auf dem Sensorring gleich der Anzahl der magnetischen Pole auf dem magnetisierten Ring ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beilie­ genden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die ringförmige Sensorspule mit Flußleitstegen ausgestattet ist;
Fig. 2 eine Draufsicht in axialer Richtung auf den magnetisier­ ten Ring mit den paarweise angeordneten, jeweils entgegenge­ setzt magnetisierten Magnetpolen;
Fig. 3 eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Sensorring einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die ringförmige Sensorspule zwischen einem inneren und einem äußeren Zahnring gehaltert ist, deren Zähne ineinandergreifen und eine rechteckige Form aufweisen;
Fig. 4(a) und (b) seitliche Schnittdarstellungen der zweiten Ausführungsform, wobei in Fig. 4(a) eine seitliche Schnitt­ ansicht des magnetisierten Rings und des Sensorrings der zwei­ ten Ausführungsform, und in Fig. 4(b) eine Detailansicht der magnetisch aktiven Bereiche gezeigt ist;
Fig. 5 eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Sensorring einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die ringförmige Sensorspule zwischen einem inneren und einem äußeren Zahnring gehaltert ist, deren Zähne ineinandergreifen und eine dreieckige Form aufweisen; und
Fig. 6 eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Sensorring der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die ringförmige Sensorspule von Flußleitstegen umgeben ist.
Die Fig. 1 stellt eine geschnittene Ansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit zwischen den Ringen eines Wälzlagers, d. h. zwischen einem äußeren drehenden Lager­ ring 1 und einem inneren stehenden Lagerring 2 bei einem Fahr­ zeugrad dar. Die Lagerringe 1, 2 rotieren relativ zueinander, wobei ein magnetisierter Ring 3 in einer Multipoldichtung 4 enthalten ist, der sich mit dem rotierenden Lagerring 1 bewegt und als magnetischer Signalgeber wirkt. Der magnetisierte Ring 3 weist in radialer Richtung eine ebene Frontfläche auf, die in Flucht mit dem rotierenden Lagerring 1 abschließt. Ein Sensor­ ring 5 mit einer induktiven Sensorspule 6 und mit den magneti­ schen Fluß leitenden Flußleitstegen 7 ist an einem stationären Bauteil 8 angebracht und dient als magnetischer Signalaufneh­ mer. Der Sensorring 5 mit den den magnetischen Fluß leitenden Flußleitstegen 7 weist in radialer Richtung ebenfalls eine ebene Frontfläche auf. Die radialen Frontflächen des magneti­ sierten Rings 3 und des Sensorrings 5 sind in axialer Richtung durch einen schmalen Luftspalt getrennt und die magnetische Flußübertragung vom magnetisierten Ring 3 zum Sensorring 5 erfolgt ausschließlich durch die in radialer Richtung liegen­ den, parallelen Frontflächen des magnetisierten Rings und des Sensorrings. Die Sensorspule 6 ist als Ringspule 6 ausgeführt, die auf einen Spulenkörper 9 gewickelt ist und dem magneti­ sierten Ring 3 parallel gegenübersteht. Weiterhin werden die Sensorspule 6 und die Flußleitstege 7 von einem Kunststoff­ träger 10 gehalten und von einer Abdeckkappe 11 gegen äußere Einflüsse, wie Schmutz und Staub geschützt.
Bei dieser Ausführungsform stehen die Pole des magnetisierten Rings 3 den Enden der Flußleitstege 7 gegenüber, wobei die Anzahl der Flußleitstege auf dem Sensorring gleich der Anzahl der magnetischen Pole auf dem magnetisierten Ring ist. Damit kann der magnetische Fluß, zum Beispiel vom Magnetpol aus, den Flußleitsteg 7 durchfluten, welcher das magnetische Signal zur Sensorspule 6 weiterleitet, wodurch in der induktiven Sensor­ spule 6 bei einer Änderung des magnetischen Flusses ein Strom­ signal induziert wird. Bei Drehung der Multipoldichtung 4 mit dem rotierenden Lagerring 1 ergibt sich in den Flußleitstegen 7 und damit in der Sensorspule 6 eine Flußänderung durch einen Flußrichtungswechsel. Die Frequenz der Änderung der Flußrich­ tung ist proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen dem rotierenden Lagerring 1 und den stationären Bauteilen 2, 8. Das in der Sensorspule induzierte Signal wird benutzt, um ein Anti­ blockiersystem (ABS) zu steuern.
Die Fig. 2 zeigt die verwendete Ausführungsform des magnetisier­ ten Rings 3 mit den paarweise, entgegengesetzt magnetisiert, d. h. abwechselnd als magnetischen Nordpol (N bzw. schwarze Bereiche) und magnetischen Südpol (S bzw. weiße Bereiche), angeordneten Magnetpolen. Der magnetisierte Ring 3 ist Bestand­ teil einer Multipoldichtung. Auf der Frontfläche der Dichtung wurde bei deren Herstellung ein magnetisches Material (z. B. Hartferrit in einem Elastomer) angespritzt und nachfolgend radial mehrpolig magnetisiert.
In der Fig. 3 ist eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Sensorring 5 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei ist die ringförmig gewickelte Sensor­ spule 6 zwischen einem inneren Zahnring 12 und einem äußeren Zahnring 13 gehaltert. Die Zähne der Zahnringe 12, 13 weisen eine rechteckige Form auf und greifen ineinander.
Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung stehen die Pole des magnetisierten Rings 3 den Zähnen der Zahnringe 12, 13 gegen­ über. Damit kann der magnetische Fluß zum Beispiel vom magneti­ schen Südpol über den inneren Zahnring 12, eine Stahlkappe zwischen den Zahnringen und den äußeren Zahnring 13 zum magnetischen Nordpol verlaufen. Dabei wirken der innere Zahn­ ring 12 und der äußere Zahnring 13 als die den magnetischen Fluß leitenden Elemente, und in der Sensorspule 6 wird ein Strom induziert, da sich bei Drehung der Multipoldichtung ein Flußrichtungswechsel in der Sensorspule 6 ergibt. Die Frequenz der Änderung der Flußrichtung ist proportional zur Relativ­ geschwindigkeit zwischen dem rotierenden Lagerring 1 und den stationären Bauteilen. Das in der Sensorspule induzierte Signal wird benutzt, um ein Antiblockiersystem (ABS) zu steuern.
Die Fig. 4(a) und (b) zeigen seitliche Schnittdarstellungen der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung, wobei in Fig. 4(a) eine seitliche Schnittansicht des magnetisierten Rings 3 und des Sensorrings 5 der zweiten Ausführungsform mit der auf den Spulenkörper 9 gewickelten Sensorspule 6 und den Zahnringen 12, 13 gezeigt wird. Fig. 4(b) ist eine geschnittene, vergrößerte Detailansicht der magnetisch aktiven Bereiche, an denen die magnetische Signalübertragung von dem magnetisierten Signal­ geberring 3 auf den Signalabnehmerring 5 mit der Sensorspule 6 und den den magnetischen Fluß leitenden Zahnringen 12, 13 erfolgt. Zu sehen ist auch die Ableitungsverbindung 14 des induzierten Signals von der Sensorspule 6 zur Steuerung des Antiblockiersystems.
Die Fig. 5 zeigt eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Sensorring 5 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei ist die ringförmig gewickelte Sensorspule 6 ebenfalls zwischen einem inneren Zahnring 15 und einem äußeren Zahnring 16 gehaltert, deren Zähne ineinandergreifen. Aller­ dings weisen die Zähne dieser Zahnringe 15, 16 eine dreieckige Form auf, um die mechanische Stabilität der Zähne zu erhöhen und die Fertigung der Zahnringe zu vereinfachen.
Die Funktionsweise ist dieselbe, wie bei der zweiten Ausfüh­ rungsform beschrieben.
In der Fig. 6 ist schließlich zum Vergleich mit den anderen Ausführungsformen eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Sensorring 5 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist die ringförmig gewickelte Sensorspule 6 von Flußleitstegen 7 umgeben, die gleichmäßig auf dem Sensorring 6 verteilt sind, wobei die Anzahl der Flußleit­ stege 7 gleich der Anzahl der magnetischen Pole auf dem magnetisierten Ring 3 gewählt ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit zwi­ schen einem rotierenden Bauteil (1) und einem stationären Bauteil (2, 8), wie zwischen den Ringen eines Wälzlagers bei einem Fahrzeugrad, die aufweist:
einen magnetisierten Ring (3) mit paarweise angeordneten, entgegengesetzt magnetisierten Polen, der sich mit dem rotierenden Bauteil (1) bewegt;
einen Sensorring (5) mit mindestens einer induktiven Sensor­ spule (6) und mit den magnetischen Fluß leitenden Elementen (7; 12, 13; 15, 16), der an einem stationären Bauteil (8) an­ gebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der magnetisierte Ring (3) nur eine magnetisch wirksame Fläche aufweist, die als ebene Frontfläche ausgebildet ist;
daß der Sensorring (5) mit der mindestens einen induktiven Sensorspule (6) und mit den den magnetischen Fluß leitenden Elementen (7; 12, 13; 15, 16) ebenfalls mit einer ebenen Frontfläche ausgebildet ist;
daß sich die ebenen Frontflächen des magnetisierten Rings (3) und des Sensorrings (5), durch einen schmalen Luftspalt beab­ standet, parallel gegenüberliegen; und
daß der magnetische Fluß vom magnetisierten Ring (3) zum Sensorring (5) ausschließlich durch die ebenen, parallelen Frontflächen des magnetisierten Rings (3) und des Sensorrings (5) verläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Frontflächen des magnetisierten Rings (3) und des Sensorrings (5) in radialer Richtung liegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in radialer Richtung liegende, ebene Frontfläche des magnetisierten Rings (3) in Flucht mit dem rotierenden Bauteil (1) abschließt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensorspule (6) so auf den Spulenkörper (9) des Sensorrings (5) gewickelt ist, daß sie der Frontfläche des magnetisierten Rings (3) parallel gegenüberliegt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß leitenden Elemente des Sensor­ rings (5) in Form eines inneren Zahnrings (12; 15) und eines äußeren Zahnrings (13; 16) ausgebildet sind, deren Zähne ineinandergreifen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Zahnringe (12, 13) radial angeordnet sind und eine rechteckige Form aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne der Zahnringe (15, 16) radial angeordnet sind und eine dreieckige Form aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den magnetischen Fluß leitenden Elemente des Sensor­ rings (5) in Form von gleichmäßig auf dem Ring verteilten Flußleitstegen (7) ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Flußleitstege (7) auf dem Sensorring (5) gleich der Anzahl der magnetischen Pole (N, S) auf dem magnetisierten Ring (3) ist.
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