DE19930139A1 - Radlagerbaugruppe mit integriertem Sensorelement zur Feststellung von Dreh- oder Winkelbewegungen - Google Patents

Abstract

Es geht um eine Radlagerbaugruppe mit einem Meßwertgeber, der fest mit einer Radachse verbunden ist, so daß es mit der Radachse dreht, und einer Radlagerkappe, die über das Ende der Radachse montiert ist, so daß der Meßwertgeber sich frei in einem Hohlraum dreht, welcher von der Radlagerkappe definiert wird. Die Radlagerkappe umfaßt ferner ein Sensorelement, das mit einem Befestigungselement vergossen ist, welches eine Einheit mit der Radlagerkappe bildet. Wenn die Radlagerkappe mit Gegenstücken der Radlagerbaugruppe verbunden ist, wird das Sensorelement angrenzend an Daten erzeugende Bereiche positioniert, die sich auf dem Meßwertgeber befinden, um Dreh- und Winkelbewegungen festzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erfassungssystem, das zur Messung von Dreh- oder Winkelbewegungen eingesetzt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Radlagerkappe für ei­ ne Radlagerbaugruppe, die ein integriertes Sensorelement auf­ weist, welches mit einem Meßwertgeber zusammenarbeitet, um Dreh- und Winkelbewegungen festzustellen.

Die Messung von Dreh- und Winkelbewegungen und insbesondere der Geschwindigkeit und des Drehverhaltens einzelner Räder ei­ nes Fahrzeuges ist im Zusammenhang mit Antiblockier-Brems­ systemen (im folgenden ABS), Antriebs-Schlupfregelung und Niveauregelung usw. von großer Bedeutung. Die Sensoren für diese Art der Anwendung müssen widerstandsfähig, zuverlässig kostengünstig bei der Herstellung, leicht zu montieren, leicht zu diagnostizieren, zu ersetzen und zu warten sein.

Es gibt eine Reihe von Sensorarten und -ausführungen für die Feststellung von Dreh- und Winkelbewegungen bei Fahrzeugrä­ dern. Bei einigen im Handel erhältlichen Fahrzeugen mit elek­ tronisch gesteuertem Antiblockiersystem und Schlupfregelung arbeitet eine inkrementale Codiereinrichtung, die mechanisch mit dem Fahrzeugrad verbunden ist, mit einem Meßwandler oder Sensor zusammen, um die Positionsdaten des Fahrzeugrades auf­ zunehmen.

In bisher bekannten Anwendungen wird der Sensor mit Hilfe von Clips, Bolzen oder anderen bekannten Befestigungsmitteln mit einer Lagerstaubkappe verbunden. Diese Befestigungsmethoden sind unerwünscht, da sie die Anzahl der Komponenten für die Lagerbaugruppe erhöhen und zu höheren Kosten führen. Außerdem entstehen Verpackungsprobleme, da zusätzlicher Platz in der Staubkappe erforderlich ist, um die für die Befestigung des Sensors erforderlichen Befestigungsmittel ordnungsgemäß unter­ zubringen. Daher ist der Platz für die Unterbringung der Co­ diereinrichtung unerwünschterweise begrenzt, so daß es zu er­ heblichen Beschränkungen bei der Verpackung der Codiereinrich­ tung kommt. Dementsprechend muß der Durchmesser der Codierein­ richtung begrenzt sein, um deren ordnungsgemäße Funktionsweise zu gewährleisten.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor zur Verfügung zu stellen, der mit einem Meßwertgeber zur Fest­ stellung der Dreh- und Winkelbewegung zusammenarbeitet, der so eine Radlagerkappe montiert ist, so daß die Anzahl der Kompo­ nenten minimiert wird. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radlagerbaugruppe zur Verfügung zu stellen, die einen maximalen Durchmesser des Meßwertgebers gestattet, der in einer Radlagerkappe verwendet werden kann. Diese Aufga­ ben werden durch eine Radlagerkappe gelöst, bei der ein Senso­ relement mit einem Befestigungselement in der Radlagerkappe eine Einheit bildet. In einer bevorzugten Ausführung ist die Radlagerkappe ein einstückiges Teil mit einer ringförmigen Wand, einer Abdeckung, einem Befestigungselement und einem Klemmengehäuse. Das Sensorelement ist an Anschlußstifte ge­ schweißt und dann in das Befestigungselement der Radlagerkappe vergossen, wobei die Sensorfläche bündig mit einer Oberfläche der Radlagerkappe abschließt.

In einer bevorzugten Ausführung hat das Befestigungselement die Form eines "L", wobei sich die Sensorfläche auf einem Schenkel des Befestigungselements befindet und bündig mit ei­ ner Innenfläche des Befestigungselements abschließt. In einer weiteren bevorzugten Ausführung grenzt die Sensorfläche an das Befestigungselement, wobei die Sensorfläche bündig mit der In­ nenfläche der ringförmigen Wand der Radlagerkappe abschließt. Im Betrieb wird ein Meßwertgeber fest mit einer Radachse ver­ bunden, so daß es sich mit der Radachse dreht. Die Radlager­ kappe wird dann fest mit den Gegenstücken der Radlagerbaugrup­ pe verbunden, wobei die Kappe als Hohlraum dient, in dem sich der Meßwertgeber dreht. Die Sensorfläche, die bündig mit einer Innenfläche der Kappe abschließt, wird neben den die Daten er­ zeugenden Bereichen angeordnet, die auf dem Meßwertgeber vor­ handen sind. Daher nimmt der Sensor bei sich drehendem Meß­ wertgeber Daten im Hinblick auf die Dreh- und Winkelbewegungen auf. Da der Sensor mit der Radlagerkappe vergossen wurde, re­ duziert sich die Anzahl der Komponenten, was sich auch in ge­ ringeren Herstellungskosten ausdrückt.

Die Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden deutlicher, wenn man die folgende detaillierte Beschreibung, die Ansprüche und die Zeichnungen liest, die im folgenden kurz beschrieben werden.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Radlagerbaugruppe mit einer Radlagerkappe, die über einen integrierten Sensor ver­ fügt, welcher mit einem Meßwertgeber zusammenarbeitet, um ge­ mäß der vorliegenden Erfindung Dreh- und Winkelbewegungen festzustellen.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Radlagerbaugruppe mit einem alternativen Meßwertgeber, der mit dem integrierten Sen­ sor zusammenarbeitet

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch die Radlagerbaugruppe und zeigt einen weiteren alternativen Meßwertgeber und den inte­ grierten Sensor in einer alternativen Position.

Die Fig. 1-3 stellen eine Radlagerbaugruppe 10 der, die im allgemeinen einen Radlageraußenring 12, einen Radlagerinnen­ ring 14, Lagerkugeln 16, eine Mutter 17 und eine Radlagerkappe 20 umfaßt. In dem Radlagerinnenring 14 befindet sich die Rad­ achse 18. Die Drehachse A-A der Radlagerbaugruppe 10 wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Radlagerkappe 20 eine ringförmige Wand 22 und eine Abdeckung 24. Die ringförmi­ ge Wand 22 und die Abdeckung 24 definieren zusammen einen Hohlraum 25. Die ringförmige Wand 25 endet in einem ringförmi­ gen Stützflansch 26 und einem Verbindungsring 28, der im fol­ genden noch detailliert beschrieben wird. Das Klemmengehäuse 30 und das Befestigungselement 32 sind fest mit der Radlager­ kappe 20 als deren Bestandteile vergossen.

In den Fig. 1 und 2 hat ein erstes bevorzugtes Befesti­ gungselement 32 die Form eines "L" mit einem ersten Schenkel 34 und einem zweiten Schenkel 36. Der erste Schenkel 34 ist mit einer ringförmigen Wand 22, der zweite Schenkel 36 mit dem Klemmengehäuse 30 verbunden. Das Klemmengehäuse 30 ist mit der Abdeckung 24 verbunden, so daß sich das Klemmengehäuse 30 von der Lagerbaugruppe 10 nach außen erstreckt.

In Fig. 3 ist ein zweites bevorzugtes Befestigungselement 32' zwischen der Ringwand 22 und dem Klemmengehäuse 30 in einem Winkel von ca. 45° positioniert.

Um die Dreh- und Winkelbewegung festzustellen, verfügt die Radlagerbaugruppe 10 über ein Erfassungssystem mit einem Sen­ sor 38 und einem Meßwertgeber 40. Das Sensorelement 38 verfügt über eine Sensorfläche 42 und eine integrierte Schaltung 44, die die Signale formt, mit elektrischen Klemmen 46. Sensorele­ ment 38 und Schaltung 44 sind über elektrische Leitungen 48 miteinander verbunden. Die elektrischen Klemmen 46 sind mit Anschlußstiften 50 verbunden. Es ist wünschenswert, daß die elektrischen Klemmen 46 an die Anschlußstifte 50 geschweißt werden. Die Anschlußstifte 50 greifen in die Leitung (nicht dargestellt), um eine elektrische Verbindung zwischen dem Sen­ sor 38 und einem Mikroprozessor (nicht dargestellt) zu ermög­ lichen. Als Anschlußstifte 50 werden bevorzugt messerartige Stifte verwendet. Es können jedoch auch andere geeignete An­ schlußstifte verwendet werden. Ein Sensor vom Typ Philips OH 191 wird für diese Erfindung bevorzugt, doch können auch ande­ re Arten von Sensoren verwendet werden.

Bei dieser Erfindung können eine Vielzahl von bekannten Meß­ wertgeberkonfigurationen verwendet werden. Es ist zum Beispiel möglich, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung Meßwertgeber mit Getriebeverzahnungen (wie in Fig. 3), mit parallelem Fen­ ster, gestanztem wellenförmigem Fenster und magnetischer Co­ diereinrichtung (wie in Fig. 1) verwendet werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Sensor 38 mit dem Befestigungselement 32, 32' vergossen, so daß das Sensorele­ ment 38 mit der Radlagerkappe 20 eine Einheit bildet. Dadurch werden zusätzliche Befestigungselemente oder Clipse vermieden. In einer ersten Ausführung, wie in den Fig. 1 und 2 darge­ stellt, befindet sich die Sensorfläche auf einem ersten Schen­ kel 34, so daß sie bündig mit einer Innenfläche 52 des ersten Schenkels 34 abschließt. Der Schaltkreis 44 ist in den zweiten Schenkel 36 eingegossen, wobei elektrische Leitungen 48 den Schaltkreis 44 mit dem Sensorelement 38 verbinden. Die elek­ trischen Klemmen 46 verlaufen weg von Schaltkreis 44 und grei­ fen in Anschlußstifte 50. Die Anschlußstifte 50 befinden sich in einem Hohlraum 54, der durch ein Klemmengehäuse 30 defi­ niert wird. Das Klemmengehäuse 50 verfügt über eine Öffnung 56, welche das Kabel aufnimmt, das die elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement 38 und dem Mikroprozessor her­ stellt.

In einer zweiten Ausführung gemäß Fig. 3 ist die Sensorfläche 42 auf einer ringförmigen Wand 22 angeordnet, so daß sie bün­ dig mit einer Innenfläche 58 der ringförmigen Wand 22 ab­ schließt, welche an Befestigungselement 32' angrenzt. Der Schaltkreis 44 ist in das Befestigungselement 32' eingegossen, wobei die elektrischen Leitungen 48 den Schaltkreis 44 mit dem Sensorelement 38 verbinden. Die elektrischen Klemmen 46 er­ strecken sich weg von Schaltkreis 44 und greifen in Anschluß­ stifte 50, ähnlich wie oben im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben.

Im Betrieb ist der Meßwertgeber 40 fest mit der Radachse 18 verbunden. Vorzugsweise verfügt der Meßwertgeber 40 über eine Eingriffsöffnung 60, die es erlaubt, daß der Meßwertgeber auf die Achse 18 gepreßt werden kann, ohne daß zusätzliche Befe­ stigungselemente erforderlich sind. Da der Meßwertgeber 40 fest mit Achse 18 verbunden ist, dreht sich der Meßwertgeber 40 in der gleichen Geschwindigkeit wie Achse 18. Die Radlager­ kappe 20 wird dann über den Meßwertgeber 40 positioniert, so daß sich der Meßwertgeber 40 frei in dem Hohlraum 25 der Rad­ lagerkappe 20 dreht. Der Verbindungsring 28 wird in einer ringförmigen Nut 62 abgedichtet, welche sich im Radlageraußen­ ring 12 befindet, so daß der Stützflansch 26 in die Befesti­ gungsfläche 64 des Radlageraußenrings 12 eingreift. In einer bevorzugten Ausführung gemäß Fig. 1 wird der erste Schenkel 34 mit einer Sensorfläche 42 des Sensorelements 38 angrenzend an eine Außenfläche 66 von Meßwertgeber 40 positioniert, so daß er entsprechend den Daten erzeugenden Abschnitten 68 auf­ gerichtet ist, die sich auf der Außenfläche 66 befinden. In einer zweiten Ausführung gemäß Fig. 2 wird der erste Schenkel 34 mit Sensorfläche 42 von Sensorelement 38 angren­ zend an eine Außenfläche 66 von Meßwertgeber 40 positioniert, um entsprechend den Daten erzeugenden Abschnitten 68 ausge­ richtet zu sein, die auf der Getriebeverzahnung 69 angeordnet sind.

In Fig. 3 grenzt die Sensorfläche 42 von Sensor 38 an die Kantenfläche 70 von Meßwertgeber 40, wobei die Daten erzeugen­ den Abschnitte 68 auf einer äußeren Kantenfläche 70 von Meß­ wertgeber 40 angeordnet sind. Wenn sich das Fahrzeugrad dreht, läuft der Meßwertgeber 40 am Sensorelement 38 vorbei. Dann wird von Schaltkreis 44 ein Stromsignal aus Rechteckwellen er­ zeugt und über die Anschlußstifte 50 an den Mikroprozessor übertragen. Der Mikroprozessor übersetzt dann das Stromsignal in die Winkelgeschwindigkeit des Radlagers.

Da das Sensorelement 38 mit der Radlagerkappe 20 vergossen ist, reduziert sich die Anzahl der Komponenten, was gleichzei­ tig zu einer Kostenreduzierung führt. Außerdem werden Schalt­ kreis 44, die elektrischen Leitungen 48 und die elektrischen Klemmen 46 vorteilhaft geschützt, weil sie im Hinblick auf die Innen- und Außenflächen der Radlagerkappe 20 nach innen ge­ richtet vergossen werden, wodurch Staub und andere Schmutz­ stoffe abgehalten werden, die das Sensorelement 38 beschädigen können.

Es wurden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch feststellen, daß be­ stimmte Änderungen noch in den Rahmen der vorliegenden Erfin­ dung fallen. Daher sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den tatsächlichen Umfang und Inhalt der Erfindung festzustellen.

Claims (15)

1. Radlagerbaugruppe mit einer Sensorbaugruppe zur Feststel­ lung der Winkelgeschwindigkeit im Radlager, bestehend aus:
einer Radlagerkappe mit einer ringförmigen Wand, einer Ab­ deckung, einem integrierten Befestigungselement und einem Klemmengehäuse,
einer Sensorbaugruppe, die komplett mit dem Befestigungs­ element verbunden ist und
einem Meßwertgeber, der fest mit einer Radachse verbunden ist, so daß er sich mit der Radachse dreht, wenn diese in Betrieb ist,
wobei die Radlagerkappe mit einem Gegenstück verbunden ist, das die Radachse aufnimmt, so daß der Meßwertgeber in einem Hohlraum aufgenommen wird, welcher von der Radlager­ kappe begrenzt wird, und wobei die Sensorbaugruppe an das Meßwertgeber angrenzt, um Daten von datenerzeugenden Ober­ flächen auf dem Meßwertgeber zu sammeln und zu übertragen, wenn dieser Meßwertgeber sich dreht, damit die Winkelge­ schwindigkeit des Radlagers bestimmt werden kann.

2. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorbaugruppe in das Befestigungselement einge­ gossen wird.

3. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorbaugruppe ein Sensorelement umfaßt, dessen Sensorfläche über elektrische Leitungen und elektrische Klemmen, die mit Anschlußstiften verbunden sind, elek­ trisch an einen Schaltkreis angeschlossen ist.

4. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis, die Stromkabel und die elektrischen Klemmen komplett in dem Befestigungselement vergossen sind, so daß der Schaltkreis' die elektrischen Leitungen und die elektrischen Klemmen nicht freiliegen, wobei die Sensorfläche bündig mit einer Innenfläche der Radlagerkap­ pe abschließt, so daß sie bei Betrieb an den Meßwertgeber angrenzt, wenn die Radlagerkappe mit dem Gegenstück ver­ bunden ist.

5. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Klemmen an die Anschlußstifte ge­ schweißt sind, bevor die Sensorbaugruppe mit der Radlager­ kappe vergossen wird.

6. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte derart in dem Klemmengehäuse ver­ laufen, daß ein Kabel an die Anschlußstifte angeschlossen werden kann, um die Daten an einen Mikroprozessor zu über­ tragen.

7. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement einen ersten und einen zweiten Schenkel besitzt, der erste Schenkel an die ringförmige Wand anschließt und der zweite Schenkel an das Klemmenge­ häuse angrenzt, in dem das Sensorelement komplett mit dem ersten Schenkel und der Schaltkreis komplett mit dem zwei­ ten Schenkel vergossen ist.

8. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement die Form eines "L" besitzt.

9. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement an das Befestigungselement angrenzt, so daß die Sensorfläche bündig mit der Innenfläche der ringförmigen Wand abschließt und der Schaltkreis, die elektrischen Leitungen und die elektrischen Klemmen kom­ plett mit dem Befestigungselement verbunden sind.

10. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement in einem Winkel von etwa 45° zu der ringförmigen Wand positioniert wird.

11. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Wände außerdem einen Haltering und einen ringförmigen Stützflansch umfassen und der Haltering eine dicht ende Verbindung in einer entsprechenden Nut her stellt, welche in dem Gegenstück ausgeformt ist. Der Stützflansch verbindet sich mit einer Stützfläche auf dem Gegenstück.

12. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten erzeugenden Flächen an eine Umfangskante auf einer Außenfläche dieses Meßwertgebers angrenzen, so daß sie auf Innenfläche der Abdeckung der Radlagerkappe ge­ richtet ist.

13. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Daten erzeugenden Flächen auf Zahnrädern an­ geordnet sind.

14. Radlagerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten erzeugenden Flächen auf einer Außenfläche dieses Meßwertgebers angeordnet sind, so daß sie auf eine Innenfläche der ringförmigen Wand zeigen.

15. Radlagerbaugruppe mit einer Sensorbaugruppe zur Feststel­ lung der Winkelgeschwindigkeit im Radlagers, bestehend aus:
einer Radlagerkappe mit einer ringförmigen Wand, einer Ab­ deckung, einem integrierten Befestigungselement und einem Klemmengehäuse,
einer Sensorbaugruppe mit einer Sensorfläche, die elek­ trisch über Leitungen und elektrische Klemmen an einen Schaltkreis angeschlossen ist, wobei die elektrischen Klemmen komplett mit Anschlußstiften verbunden sind und die Sensorbaugruppe komplett mit einem Befestigungselement vergossen ist, so daß nur die Sensorfläche freiliegt, wel­ che bündig mit einer Innenfläche der Radlagerkappe ab­ schließt,
und einem Meßwertgeber, der fest mit einer Radachse ver­ bunden ist, so daß er sich mit der Radachse dreht, wenn diese in Betrieb ist,
wobei diese Radlagerkappe mit einem Gegenstück verbunden ist, welches die Radachse aufnimmt, so daß der Meßwertge­ ber in einem Hohlraum aufgenommen wird, der von der Radla­ gerkappe begrenzt wird, und wobei die Sensorfläche an die­ sen Meßwertgeber angrenzt, so daß die Daten von den da­ tenerzeugenden Flächen auf dem Meßwertgeber gesammelt und übertragen werden, wenn der Meßwertgeber sich dreht, um die Winkelgeschwindigkeit des Radlagers festzustellen.