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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung mit einem Markierungsrad und mit einem Wälzlager, wobei das Wälzlager eine Vielzahl von Wälzkörpern und mindestens einen Lagerring aufweist, wobei der Lagerring auf den Wälzkörpern abwälzend gelagert ist und wobei das Markierungsrad als separates Bauteil auf dem Lagerring aufgesetzt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Getriebe mit dieser Wälzlageranordnung.
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Zur Ansteuerung von Antiblockiersystemen ist es notwendig, genaue Messdaten über die aktuelle Drehzahl und gegebenenfalls -beschleunigung einzelner Räder eines Kraftfahrzeuges zu erhalten. Üblicherweise sind bei Fahrzeugen mit Antiblockiersystemen entsprechende Sensorsysteme an den Radlagerungen vorgesehen.
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Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 8814620 U1 ein Wälzlager mit einem Impulsring für Antiblockiersysteme. Dieses Wälzlager weist einen, sich im Betrieb drehenden Laufring auf, auf den ein Impulsring für ein Antiblockiersystem aufgesetzt ist, wobei der aus Blech bestehende Impulsring durch ausgeformte Teilabschnitte an dem Laufring formschlüssig befestigt ist.
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Den wohl nächst kommenden Stand der Technik bildet die Druckschrift
EP 701133 A1 , die ebenfalls eine Radlagereinheit mit einer integrierten Sensoranordnung betrifft. In einer ersten Ausführungsform ist der Impulsring der Sensoreinrichtung auf einem Innenring der Radlagereinheit aufgesetzt. Der Impulsring umfasst einen sich axial erstreckenden rohrförmigen Abschnitt mit Markierungen in Form von Durchbrüchen, welche durch einen Sensor mit einer radialen Messrichtung abgetastet werden. Bei einer zweiten Ausführungsform in der gleichen Druckschrift weist ein anderer Impulsring einen sich radial erstreckenden Flansch mit Markierungen in Form von Durchbrüchen auf, welche durch einen Sensor abgetastet werden, dessen Messrichtung sich in axialer Richtung erstreckt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlageranordnung vorzuschlagen, welche nachgeschalteten Komponenten Drehzahlinformationen zur Kontrolle eines Fahrzeuges übermitteln kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung ist bevorzugt für den Einsatz in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Lastkraftwagen, und/oder zur Lagerung von antriebsdrehmomentübertragenden Komponenten, insbesondere in einem Antriebsstrang geeignet und/oder ausgebildet. Die Wälzlageranordnung weist ein Markierungsrad mit Markierungen auf, wobei die Markierungen funktionell derart ausgebildet sind, dass diese durch eine Sensoranordnung abgetastet werden können. Die Markierungen sind bevorzugt regelmäßig zueinander beabstandet angeordnet. Vorzugsweise sind die Markierungen zur Verwendung in einer Inkrementalmeßmethode geeignet und/oder ausgebildet. Die Anzahl der Markierungen beträgt vorzugsweise mehr als 40, insbesondere mehr als 80. Vorzugsweise ist das Markierungsrad als ein Polrad ausgebildet.
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Die Wälzlageranordnung umfasst ein Wälzlager, welches prinzipiell beliebiger Ausführung sein kann, bevorzugt ist es jedoch als ein Kegelrollenlager oder ein Rillenkugellager ausgebildet. Das Wälzlager zeigt eine Vielzahl von Wälzkörpern, welche beispielsweise in einer Reihe, möglicherweise aber auch in zwei oder mehr Reihen angeordnet sind. Ein Lagerring, vorzugsweise ein Lagerinnenring, ist auf diesen Wälzkörpern oder einer Teilgruppe davon abwälzend gelagert. Der Lagerring kann als ein separater Lagerring ausgebildet sein, alternativ ist der Lagerring in einem komplexeren Bauteil als Teilabschnitt integriert.
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Das Markierungsrad ist vorzugsweise als ein Blechformteil ausgebildet und ist als ein separates Bauteil auf dem Lagerring aufgesetzt, so dass es sich mit dem Lagerring mitdreht bzw. mit diesem drehfest verbunden ist.
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Im Rahmen der Erfindung und abgrenzend gegenüber dem Stand der Technik wird vorgeschlagen, dass die Wälzlageranordnung ein Getriebegehäuse und eine Getriebewelle, insbesondere eine Abtriebswelle, Vorgelegewelle, Eingangs- oder Antriebswelle, umfasst, wobei die Getriebewelle über das Wälzlager gegenüber dem Getriebegehäuse gelagert ist. In dem Getriebegehäuse können neben der Getriebewelle andere Wellen integriert sein. Das Getriebegehäuse kann zur Aufnahme eines beliebigen Getriebes ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Getriebegehäuse als ein LKW-Getriebegehäuse ausgebildet und die Getriebewelle als Abtriebswelle zwischen dem Getriebegehäuse und einem Hinterachsgetriebe, insbesondere Hinterachsdifferential angeordnet. Alternativ kann das Getriebe als ein Differentialgetriebe, Verteilergetriebe, manuelles oder automatisches Schaltgetriebe ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Wälzlager in einem Bereich des Antriebsstrangs vor einer Verteilung des Antriebsdrehmoments auf mehrere Drehmomentwege angeordnet.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass es zum Beispiel auch bei einem elektronisch gesteuerten Getriebe notwendig ist, eine genaue Information über die Drehzahl und/oder die Drehrichtung zu ermitteln, um das Getriebe ausreichend genau und insbesondere verschleißarm steuern zu können. Die Verwendung der Messsignale aus dem Radlager ist für diesen Zweck oftmals nicht geeignet, da die Abtastung zu gering oder das Signal zu ungenau für eine präzise Getriebesteuerung ist. Ferner sind gerade bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, wie zum Beispiel beim Rangieren, die Informationen von Radlagern mit Sensoren zu ungenau.
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Die konstruktive Ausführung der Erfindung in Form eines Lagerrings und einem darauf befestigten Markierungsrad weist den Vorteil auf, dass die Vormontage dieser Anordnung z. B. bei dem Wälzlagerhersteller in hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, insbesondere kann auf die axiale Position des Markierungsrades auf dem Lagerring und eine definierte Überdeckung des Markierungsradsitzes geachtet werden. Diese derart vormontierte und folglich toleranzarme Anordnung kann dann zur Endmontage z. B. bei einem Getriebehersteller bereitgestellt werden.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist das Markierungsrad mit dem Lagerring kraft-, form-, reib- und/oder stoffschlüssig verbunden. Besonders bevorzugt wird das Markierungsrad auf den Lagerring aufgepresst. Durch die vorzugsweise nur zerstörend lösbare Verbindung zwischen Markierungsrad und Lagerring ist sichergestellt, dass bei dem Einbau des Wälzlagers keine Dejustage zwischen Markierungsrad und Lagerring auftreten kann. Es ist auch bevorzugt, dass das Markierungsrad nur mittelbar über den Lagerring – also seriell und nicht parallel – mit der Welle verbunden ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Markierungsrad in einem nach außen abgeschlossenen Bereich des Getriebegehäuses, insbesondere in einem Ölsumpfbereich angeordnet. In dieser Position sind Beschädigungen oder eine Dejustage des Markierungsrads durch Einwirkungen von außen nahezu ausgeschlossen, so dass auch nach einer längeren Einsatzdauer das Markierungsrad zuverlässig in einer Sensoranordnung mitwirken kann. Beispielsweise ist das Markierungsrad in dem Getriebegehäuse benachbart zu einer Zahnradanordnung angeordnet.
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Alternativ ist das Markierungsrad in einem mit dem Innenraum des Getriebegehäuses offen und/oder kommunizierend verbundenen Bereich angeordnet, welcher bei besonderen Ausführungsformen außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist. Beispielsweise ist das Markierungsrad in einen Bereich angeordnet, welcher durch ein Aufsatzteil, z. B. ein Flanschteil, auf das Getriebegehäuse gebildet ist.
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Bei einer ersten möglichen Ausführungsform der Erfindung weist das Markierungsrad ein Markierungsfeld auf, welches zylindermantelförmig ausgebildet ist und konzentrisch und/oder koaxial zu der Welle angeordnet ist. Durch eine Sensoranordnung, welche einen optionalen Bestandteil der Wälzlageranordnung bildet, wird das Markierungsfeld z. B. in einer radial ausgerichteten Messrichtung abgelesen.
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Bei einer anderen möglichen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich das Markierungsfeld flanschförmig in einer Radialebene senkrecht zu der Welle. Eine angepasste Sensoranordnung weist z. B. eine Messrichtung in axialer Ausrichtung, vorzugsweise parallel zu der Welle auf. Bei wieder anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Markierungsfeld auch konusmantelförmig ausgebildet sein.
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Das Markierungsrad ist vorzugsweise derart auf dem Innenring radial erstreckend ausgebildet, dass sich das Markierungsfeld des Markierungsrads in radialer Richtung werter als der Außenring des Wälzlagers erstreckt. Durch den großen Durchmesser des Markierungsrads ist es möglich eine Vielzahl von Markierungen auf diesem anzuordnen. Vorzugsweise liegt die Stirnseite des Außenrings und die Stirnseite des Markierungsrads im Bereich des Markierungsfelds auf einer gemeinsamen Radialebene und/oder liegen auf zwei unterschiedlichen Radialebenen, weniger als 3 mm voneinander beabstandet sind.
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Mit dem Ziel, eine Kollision zwischen dem Außenring und dem Markierungsrad zu vermeiden, wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass das Markierungsrad im Bereich des Außenrings mehrfach abgewinkelt und/oder gekrümmt ist. Vorzugsweise weist das Markierungsrad in einem Längsschnitt durch die Drehachse der Welle einen rechteckförmigen, zweifach gewinkelten Bereich auf, wobei die Erstreckung eines freien Bereichs in dem Rechteck in radialer Richtung größer als die radiale Erstreckung des Außenrings ausgebildet ist.
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Das Markierungsrad und insbesondere das Markierungsfeld können aktive und/oder passive Markierungen aufweisen. Passive Markierungen werden beispielsweise durch einfache Durchbrüche, Löcher, Vertiefungen, Einformungen, Ausformungen, Rundlöcher, Rechteckbereiche oder ähnliches in dem Markierungsfeld gebildet. Aktive Markierungen werden beispielsweise durch magnetisierte und/oder magnetische Bereiche, Multipole oder dergleichen bereitgestellt.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist das Markierungsrad eine erste Markierungsreihe und eine zweite Markierungsreihe auf, wobei sich erste und zweite Markierungsreihe durch die Anzahl der Markierungen und/oder der Auflösung der Markierungsreihe unterscheiden.
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Diese Weiterbildung wird vorliegend als weitere Erfindung offenbart. Im Rahmen der weiteren Erfindung kann das weitergebildete Markierungsrad auch an anderen oder beliebigen Positionen, insbesondere auch an Radlagerungen eingesetzt werden. Somit wird ein allgemeines Wälzlager mit diesem Markierungsrad als Erfindung offenbart.
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Beispielsweise weist eine erste Markierungsreihe – auch hochauflösende Markierungsreihe zu nennen – mehr als 40, vorzugsweise mehr als 60 und insbesondere mehr als 80 Markierungen auf. Die zweite Markierungsreihe – auch niedrigauflösende Markierungsreihe zu nennen – weist dagegen weniger als 20, vorzugsweise weniger als 10 Markierungen auf, Durch die Anordnung von zwei Markierungsreihen ist es möglich, zwei separate Sensoranordnungen in der Wälzlageranordnung unterzubringen, wobei die erste Sensoranordnung die hochauflösende Markierungsreihe und die zweite Sensoranordnung die niedrigauflösende Markierungsreihe detektiert. Die Signale der hochauflösenden Sensoranordnung werden beispielsweise für die Steuerung bzw. Synchronisation eines Getriebes, die niedrigauflösende Sensoranordnung stellt beispielsweise Messsignale für Tachometer und/oder Fahrtenschreiber bereit.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung weist das Markierungsrad ein zylindermantelförmiges Markierungsfeld auf, wobei – ausgehend von der Befestigung des Markierungsrads an dem Lagerring – zunächst eine hochauflösende Markierungsreihe, beispielsweise mit magnetisierten Bereichen, ausgebildet ist, und sich danach eine niedrigauflösende Markierungsreihe, zum Beispiel mit mechanischen Stanzungen anschließt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Getriebe mit dem Merkmal des Anspruchs 10, wobei das Getriebe eine Steuerungseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine Wälzlageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bzw. wie es soeben beschrieben wurde, umfasst.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist das Getriebe als ein automatisiertes Getriebe, insbesondere als ein Klauengetriebe, vorzugsweise ohne Synchronisierung ausgebildet. Die Informationen über die Drehzahl und/oder die Drehrichtung, welche aus dem Markierungsrad abgeleitet werden, werden von einer Steuereinrichtung zur Synchronisierung der Schaftvorgänge in dem Getriebe genutzt.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen
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1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Getriebe als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 die Wälzlageranordnung in der 1 des Getriebes in einer vergrößerten Darstellung;
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3 eine schematische dreidimensionale Darstellung des Polrads aus den beiden vorhergehenden Darstellungen;
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4 einen Längsschnitt durch eine Wälzlageranordnung als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 eine alternative Ausführungsform des Polrads für das Ausführungsbeispiel in der 4 in einer dreidimensionalen Darstellung.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind jeweils mit einander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Getriebe 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Getriebe 1 weist ein Getriebegehäuse 2 auf, in dessen Innenraum 3 eine Mehrzahl von Wellen miteinander kämmend angeordnet sind, wobei aus der Darstellung der 1 sich nur eine Abtriebswelle 4 entnehmen lässt. Die Abtriebswelle 4 ist gegenüber dem Getriebegehäuse 2 über ein Wälzlager 5 gelagert, welches sich mit seinem Außenring 6 an dem Getriebegehäuse 2 und mit seinem Innenring 7 an der Abtriebswelle 4 abstützt, wobei der Innenring 7 mit der Abtriebswelle 4 mitgedreht wird.
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Das Getriebe 1 ist beispielsweise zum Einbau in einen Lastkraftwagen oder ein anderes Fahrzeug vorgesehen, wobei die Abtriebswelle 4 dazu dient, das Antriebsdrehmoment von dem Getriebe 1 auf ein Hinterachsgetriebe oder ein Hinterachsdifferential zu übertragen. Beispielweise handelt es sich bei dem Getriebe 1 um ein in automatisiertes Getriebe, insbesondere Klauengetriebe, ohne insbesondere mechanische Synchronisierung und/oder reibkupplungsfrei.
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Wie sich auch aus der 2 entnehmen lässt, die eine schematische Vergrößerung des Getriebes 1 in der 1 im Bereich des Wälzlagers 5 zeigt, ist auf den Innenring 7 ein Polrad 8 aufgesetzt, welches mit dem Innenring 7 drehfest verbunden ist. Das Polrad 8 ist scheibenartig ausgebildet und weist in einem radialen Randbereich ein umlaufendes Markierungsfeld 9 auf, welches sich flanschartig in einer Radialebene senkrecht zu der Abtriebswelle 4 erstreckt, und in dem eine Mehrzahl von Markierungen 10 als Durchbrüche oder Löcher in Form von Ovalen oder Rechtecken eingebracht ist. Über einen Sensor 11 (1), welcher in dem Getriebegehäuse 2 festgelegt ist, werden die Markierungen 10 in dem Polrad 8 abgetastet, so dass durch den Sensor 11 Drehrichtung und/oder Drehgeschwindigkeit und/oder Drehbeschleunigung des Polrads 8, des Innenrings 7 und damit der Abtriebswelle 4 ermittelt werden kann.
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Zur Verbindung des Polrads 8 mit dem Innenring 7 weist das Polrad 8 einen Verbindungsabschnitt 12 auf. Der Verbindungsabschnitt 12 trägt radial innen einen angeformten Befestigungsabschnitt 13 der eine rohrförmige Ausprägung aufweist, wobei das Polrad 8 über den Befestigungsabschnitt 13 auf den Innenring 7 aufgepresst und optional über weitere Verbindungsarten mit diesem drehfest verbunden wird. Der Verbindungsabschnitt 12 ist bis zum Markierungsfeld 9 dreimalig rechtwinklig abgewinkelt, so dass sich zwischen Außenring 6 und Verbindungsabschnitt 12 ein im Längsschnitt rechteckiger Freiraum 14 ergibt, um Kollisionen zwischen Außenring 6 und Polrad 8 zu vermeiden bzw. die axiale Position des Markierungsfelds 9 fest zu legen. Das Polrad 8 ist auf den Innenring 7 im Bereich der großen Stirnseite der Kegelrollen 15 aufgesetzt. Der Innenring 7 und das Polrad 8 sind jeweils einstückig ausgebildet.
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Im Betrieb läuft das Polrad 8 innerhalb des Getriebegehäuses 2 beispielsweise in einem Ölsumpf und ist auf diese Weise effektiv gegen Beschädigungen oder Verschmutzungen von außen geschützt.
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Die 3 zeigt das Polrad 8 nochmals in einer dreidimensionalen Darstellung schräg von der Seite, wobei der Befestigungsabschnitt 13, welcher den Freiraum 14 begrenzt, nochmals deutlich zu erkennen ist. Nach dem Verbindungsabschnitt 12 schließt sich das Markierungsfeld 9 an, in dem in diesem Beispiel 86 radial ausgerichtete Durchbrüche 10 als Markierungen eingebracht sind.
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Das Polrad 8 ist vorzugsweise in kostengünstiger Fertigung durch Umformen hergestellt. Bei der Montage wird zunächst das Polrad 8 auf dem Innenring 7 festgelegt, so dass diese beiden Teile zusammen eine einbaufähige Einheit bilden und insbesondere gegen eine Justierungen geschert sind. Bevorzugt wird das Polrad 8 so aufgesetzt, dass die Stirnseite des Außenrings 6 und die dem Außenring 6 zugewandte Fläche des Markierungsfelds 9 eine gemeinsame Flucht bilden.
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Die 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Wälzkörperanordnung 16 in einem nicht ausführlich dargestellten Getriebe. Im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausführungsform ist das Wälzlager 5 als ein Kugellager ausgebildet, wobei sich der Außenring 6 wieder an dem Getriebegehäuse 2 und der Innenring 7 an der Abtriebswelle 4 abstützt, so dass im Betrieb der Innenring 7 zusammen mit der Abtriebswelle 4 rotiert. Auch bei dieser Ausführungsform ist mit dem Innenring 7 ein Polrad 8 drehfest verbunden, welches sich in einem Bereich befindet, der mit dem Innenraum 3 des Getriebegehäuses 2 offen, insbesondere öldurchlässig verbunden ist.
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Als weiterer Unterschied zu der vorhergehenden Ausführungsform ist das Markierungsfeld 9 auf einer Zylindermantelfläche angeordnet, welche koaxial und/oder konzentrisch zu der Drehachse der Abtriebswelle 4 orientiert ist. Der Sensor 11 weist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 eine Messorientierung in radialer Richtung auf, wogegen der Sensor 11 in der
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1 mit einer axialen Messrichtung ausgerichtet war. Als nächster Unterschied zu dem Polrad 8 in den vorhergehenden Figuren weist das Polrad 8 in der 4 magnetische Markierungen 17 auf, die in das Polrad 8 magnetisiert wurden. Es ist jedoch auch möglich, dass statt den magnetisierten Bereichen wieder Durchbrüche wie in den vorhergehenden Figuren verwendet werden.
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Die 5 zeigt schließlich eine dreidimensionale Darstellung eines Polrads 8, welche eine erste Markierungsreihe 18 und eine zweite Markierungsreihe 19 aufweist, wobei die erste Markierungsreihe 18 mehr als 80 Markierungen und die zweite Markierungsreihe 19 nur 5 Markierungen umfasst. Die erste Markierungsreihe 18 wird durch magnetisierte Bereiche gebildet, welche in Umfangsrichtung aneinandergereiht sind. Die zweite Markierungsreihe 19 wird durch eine Stanzung, verallgemeinert Trennung, gebildet, wobei randseitig Bereiche ausgestanzt werden und die verbleibenden Bereiche als Markierungen dienen.
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Der Vorteil eines derartigen kombinierten Polrads 8 liegt darin, dass über eine erste Sensoranordnung die erste Markierungsreihe 18 hochauflösend abgelesen werden kann und über eine zweite Sensoranordnung die zweite Markierungsreihe 19 niedrigauflösend, zum Beispiel für eine Tachomessung, Kontrollmessung oder Fahrtenschreibermessung, abgetastet werden kann. Außerdem ist es möglich, durch kombinierte Auswertung der Abtastsignale der beiden Markierungsreihen 18, 19 eine Erhöhung der Messgenauigkeit oder eine bessere Information über die Drehrichtung zu erhalten. Ein derartiges kombiniertes Polrad 8 kann beispielsweise auch in dem Getriebe 1 der 1 eingesetzt werden, wobei sich in einer gemeinsamen oder zueinander versetzten Radialebene zunächst eine erste Markierungsreihe 18 und dann eine zweite Markierungsreihe 19 anschließen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Getriebegehäuse
- 3
- Innenraum
- 4
- Abtriebswelle
- 5
- Wälzlager
- 6
- Außenring
- 7
- Innenring
- 8
- Polrad
- 9
- Markierungsfeld
- 10
- Markierungen
- 11
- Sensor
- 12
- Verbindungsabschnitt
- 13
- Befestigungsabschnitt
- 14
- Freiraum
- 15
- Kegelrollen
- 16
- Wälzkörperanordnung
- 17
- magnetische Markierungen
- 18
- erste Markierungsreihe
- 19
- zweite Markierungsreihe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 8814620 U1 [0003]
- EP 701133 A1 [0004]
