DE3633705A1 - Polrad fuer eine einrichtung mit sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Polrad zur Erfassung der Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Polräder werden in Verbindung mit Statoren zur über­ wachung der Drehbewegung von Wellen, Achsen und Rädern, insbesondere von mit einer Antiblockiereinrichtung aus­ gerüsteten Fahrzeugrädern eingesetzt. Dabei besteht der Stator z. B. aus einem Sensor, der einen Dauermagneten und eine Spule enthält. Das von dem Dauermagneten er­ zeugte elektromagnetische Feld wird dabei von den Segmen­ ten eines Polrades (Rotor), welches mit dem drehenden Bauteil verbunden ist, durchlaufen. Hierdurch wird durch die Folge von Segmenten aus ferromagnetischen Material und Luftzwischenräumen eine Magnetfeldänderung hervorge­ rufen, die in der Spule eine Wechselspannung induziert. Die Frequenz der erzeugten Wechselspannung ist dabei der Winkelgeschwindigkeit des Rades proportional. Daraus läßt sich insbesondere durch die Elektronik eines Anti­ blockiersystems die Drehzahl des Kraftfahrzeugrades er­ mitteln.

Es ist bekannt, solche Polräder scheibenförmig auszubil­ den und an seinem Umfang gleich große Luftzwischenräume herauszufräsen, so daß am Umfang eine hintereinander liegende Zahnreihe entsteht.

Ein Polrad der eingangs genannten Art ist durch die DE-OS 29 39 643 vorbekannt. Dieses Polrad besteht aus einem scheibenförmigen ferromagnetischen Vollmaterial, das an seinem Umfang mehrere in Drehrichtung hinterein­ ander liegende, aus je einem Zahn und anschließenden, etwa gleich großen Luftzwischenraumes bestehende Segmente aufweist.

Solche Polräder sind sehr aufwendig und kostenintensiv in der Herstellung, da sie in der Regel durch verschie­ dene spanabhebende Arbeitsgänge gefertigt werden müssen. Darüber hinaus erfordert das Gewicht eines derartigen Polrades aus ferromagnetischem Material aufwendige Hal­ tevorrichtungen, die den Rotor in seiner Lage halten müs­ sen und die insbesondere beim Einsatz in Nutzfahrzeugen den unterschiedlichsten Krafteinwirkungen ausgesetzt sind. Dabei sind die Haltevorrichtungen insbesondere deshalb sehr aufwendig auszugestalten, weil es schon bei geringen räumlichen Abweichungen zwischen Sensor und Polrad zu Störungen der Signalabgabe kommt, was zu fehlerhafter Bremsregelung des jeweiligen Fahrzeugrades führen kann.

Des weiteren können derartige Polräder nicht in größeren kostengünstigen Stückzahlen hergestellt werden, weil für fast jeden Fahrzeugtyp eine spezielle Befestigungsmög­ lichkeit erforderlich ist, die auch einen hohen Lager­ haltungsaufwand erfordert. Dies gilt insbesondere bei der Nachrüstung von Antiblockierschutz-Bremsanlagen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Polrad der eingangs genannten Art zu schaffen, das nahe­ zu universell einsetzbar und mit einfachen Mitteln her­ stellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angege­ bene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, mit einfachen Mitteln, insbesondere für ein Antiblockiersystem, ein Polrad zu schaffen, das kostengünstig herstellbar ist und universell für nahezu jeden Fahrzeugtyp eingesetzt werden kann.

Zur Herstellung des Polrades ist bei einer vorteilhaf­ ten Ausführungsform handelsüblicher Federdraht mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt verwendbar. Dieser kann in einem Arbeitsgang zu einer Schrauben­ feder gewickelt werden. Die so erhaltene Schraubenfeder- Meterware ist dann leicht auf verschiedene Schraubenfe­ dergrößen abzulängen. Durch Hartverlöten der beiden Schraubenfederenden ist das Polrad dann nahezu einsatzbe­ reit.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform können für die Verwendung des erfindungsgemäßen Polrades in Fahr­ zeugsystemen (z. B. Antiblockiersystem) an Neufahrzeugen bereits entsprechende Nuten in irgendwelchen Drehachsen (z. B. Fahrzeugachsen oder Rad) als Halterung vorgesehen sein, bei der die Schraubenfeder nur in diese Halterung eingeschnappt zu werden braucht, um ein fertig montier­ tes Polrad zu erhalten.

Ähnlich einfach ist auch die Nachrüstung eines Altfahr­ zeuges. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können Halterungen aus Kunststoff verwendet werden, die auch für verschiedene Fahrzeugtypen leicht adaptierbar sind. Diese können auch mehrteilig als halbschalenför­ mige Teile geliefert werden, so daß eine Demontage von Rad- und Achsteilen entfallen kann.

Bei Fahrzeugen mit geringem Platz oder bei Befestigungs­ problemen bietet es sich als vorteilhafte Ausführungsform an, den Ansatz des Sensors nicht nur radial oder axial anzubringen, sondern wegen der runden Form der Schrauben­ feder sind auch dazwischen liegende Positionen möglich. Ein derartiges Polrad aus einer Schraubenfeder ist we­ gen seiner geringen Masse an ferromagnetischem Material auch relativ leicht, so daß es auch vorteihaft im Pkw- Bereich einsetzbar ist und dort aufgrund seines ge­ ringen Gewichtes energiesparend wirkt.

Es sind allerdings auch außerhalb des Fahrzeugbaus über­ all dort Einsatzmöglichkeiten eines solchen Polrades denkbar, wo Verschiebungen von Gegenständen um ihre Dreh­ punkte festgestellt werden sollen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Ausschnitt einer Fahrzeugachse, an dessen Nabe das Polrad mit einem Sensor angeordnet ist und

Fig. 2 das Polrad mit Schraubenfeder.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 den Ausschnitt einer Fahrzeugachse mit einer Radnabe, an dessen Umfang das Polrad kreisringförmig ausgebildet und der Sensor ra­ dial zum Polrad angeordnet ist.

Auf einem Achsstück (11) ist mittels Kegelrollenlager (6, 10) die Radnabe (5) eines nicht dargestellten Fahr­ zeugrades befestigt, Die Radnabe (5) weist auf ihrem äußeren Umfang einen Absatz (4) auf, der als Sitz für das Polrad dient. Das Polrad besteht aus einer Halte­ vorrichtung (13) und einer Schraubenfeder (14), wobei die Haltevorrichtung (13) aus einem Trägerkörper (12) mit einer umlaufenden Nut (3) gebildet ist.

Der Trägerkörper (12) ist kreisringförmig ausgebildet und enthält an seinem äußeren Umfang in radialer Rich­ tung die umlaufende Nut (3), deren Querschnitt kreis­ förmig ist. Dabei ist der Radius der Rundung der Nut (3) gleich dem Radius des Außendurchmessers der Schrau­ benfeder (14). Die Nut (3) dient dabei der Aufnahme der Schraubenfeder (14).

Der Trägerkörper (12) besteht vorzugsweise aus ferro­ magnetischem Material. Er kann aber auch aus Kunststoff und anderen Werkstoffen gefertigt sein. Kunststoff bietet sich überall dort an, wo die thermische Bela­ stung durch die Fahrzeugbremse nicht zu hoch ist.

Soweit die Haltevorrichtung (13) an Altfahrzeugen zum Einsatz kommt, kann diese auch mehrteilig ausgebildet sein. Dabei besteht die Haltevorrichtung (13) aus zwei Halbschalenteilen, die dann am Fahrzeug miteinander zu einer Kreisringscheibe verbunden werden, so daß eine Demontage der Achsnabe (5) entfallen kann.

Der kreisringförmige Trägerkörper (12) ist auch dann entbehrlich, wenn es möglich ist, eine Nut unmittelbar am Umfang der Radnabe (5) oder an anderen Trägerkör­ pern anzubringen. Bei Neufahrzeugen kann dies durch Andrehen oder Einschleifen der Nut an einem Trägerkör­ per erfolgen. Dabei braucht die Nuttiefe nicht mehr als ein Drittel des Durchmessers der Schraubenfeder (14) betragen, um einen sicheren Sitz der Schraubenfeder (14) zu gewährleisten. Dies ist deshalb ausreichend, weil die Wendel der Schraubenfeder (14) durch die Federkraft in die Nut (3) hineingezogen wird. Die Höhe der Federkraft hängt dabei vom verwendeten Material und der Dehnung der Schraubenfeder (14) ab. Soweit kein Federmaterial für die Wendel verwendet wird, kann sie auch auf die Haltevorrichtung (13) aufgeklebt oder geschweißt wer­ den. Dies kann aber auch zusätzlich zum besseren Halt der Schraubenfeder (14) geschehen.

Bei Verwendung einer Haltevorrichtung aus Kunststoff kann die Nut (3) entsprechend tiefer ausgebildet wer­ den, so daß die Schraubenfeder (14) einschnappbar be­ festigt wird und dadurch einen besonders sicheren Sitz erlangt.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 2 ein Polrad mit einer Schraubenfeder auf einer Haltevorrichtung.

Die Schraubenfeder (14) besteht aus quadratischem Federstahl, der schraubenförmig zu einer Feder ge­ wickelt ist. Dabei beträgt der Querschnitt des Feder­ drahtes (17) eine Kantenlänge von ca. 2 mm Länge. Es sind aber auch Drähte mit rechteckigem Querschnitt von größerer und kleinerer Kantenlänge verwendbar. Die Schraubenfeder (14) ist dabei so ausgebildet, daß der Luftzwischenraum (20) zwischen den verschiedenen Draht­ windungen etwa die gleiche Breite aufweist wie der Drahtrücken einer Windung (19). Jeweils eine Windung (19) und der folgende Luftzwischenraum (20) der Schrauben­ federwendel (14) stellen ein Segment (18) des Polrades dar. Dabei ist die Segmentbreite der aufgespannten Schraubenfeder (14) etwa doppelt so breit wie der Draht­ rücken einer Windung (19).

Der Schraubenfederring (15) ist kreisförmig ausgebil­ det und stellt eine endlose schraubenförmige Wendel dar. Dabei ist der Innendurchmesser des Schraubenfe­ derringes (15) geringfügig kleiner als der Durchmes­ ser der ringförmigen Halterung (16) am tiefsten Punkt der umlaufenden Nut (3). Durch die Federwirkung läßt sich der Schraubenfederring (15) Leicht in die Nut (3) einlegen und hält sich darin durch seine Feder­ kraft.

Zur Nachrüstung von Altfahrzeugen wird der Schrauben­ federring (15) als Meterware von bestmmter Länge ge­ liefert und kann durch Hartverlöten der beiden Ring­ enden dann um die Radnabe (5) des Fahrzeugs gelegt werden, ohne daß es einen größeren Montageaufwand er­ fordert.

Zur Erfassung der Signalgabe befindet sich am Brems­ träger (9) eine Sensorhalterung (8), in der ein Sensor (7) befestigt ist. Der Sensor (7) ist radial zum Pol­ rad angebracht. Der Sensor (7) besteht aus einem stab­ förmigen Dauermagneten, der senkrecht auf den Umfang des Polrades gerichtet ist. Dabei ist der Durchmesser des Statorpolschuhs (1) etwa so groß wie die Rücken­ breite des Federdrahtes einer Windung (17), so daß eine optimale Signalgabe durch minimale Streuung des Magnetfeldes erreicht wird. Der Luftspalt (2) zwischen dem Statorpolschuh (1) und der Schraubenfeder muß da­ bei aber gering gehalten werden. Eine sichere Signal­ abgabe ist aber auch noch bei einem Luftspalt bis zu 1 mm Abstand gewährleistet.

Allerdings ist es auch denkbar, daß die Segmente des Polrades auch durch kapazitive oder mechanische Sen­ siereinrichtungen abgetastet werden.

Claims (11)

1. Polrad für eine Einrichtung mit einem Sensor zur Erfassung einer Drehzahl oder Winkelgeschwindig­ keit, insbesondere der eines Kraftfahrzeugrades, das mehrere in Drehrichtung hintereinander liegen­ de Segmente aufweist, die Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften bezüglich der von dem Sensor zu sen­ sierenden Felder bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (18) von den Windungen (19) oder Teil­ windungen und den dazwischen liegenden Zwischen­ räumen (20) einer Schraubenfeder (14) gebildet sind.

2. Polrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nut (3) in einem Trägerkörper (12) als Halte­ vorrichtung (13) für die Schraubenfeder (14) vorge­ sehen ist.

3. Polrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Draht (17) der Schraubenfeder (14) einen rechteckigen oder quadratischen Quer­ schnitt aufweist.

4. Polrad nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Halte­ vorrichtung (13) ein Trägerkörper (12) vorgesehen ist, auf dem die Schraubenfeder (14) durch ihre Federspannung befestigbar ist.

5. Polrad nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Draht­ windungen (19) und die dazwischen liegenden Zwischenräume (20) etwa gleich groß sind.

6. Polrad nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (12) als Kunststoff-Spritzteil oder Metall-Drehteil aus­ gebildet ist.

7. Polrad nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (3) so ausge­ bildet ist, daß die Schraubenfeder (14) darin ein­ schnappbar ist.

8. Polrad nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (13) aus mindestens zwei Teilen besteht, deren Ein­ zelteile so ausgebildet sind, daß sie an einen vor­ handenen umlaufenden Gegenstand konzentrisch be­ festigbar sind.

9. Polrad nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Quer­ schnitt der Nut (3) kreisförmig ist.

10. Polrad nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (14) fest mit der Haltevorrichtung (13) verbunden ist, insbesondere durch eine Klebe­ oder Schweißverbindung.

11. Polrad nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte­ vorrichtung (13) so ausgebildet ist, daß der Sen­ sor (7) entlang des Querschnittumfangs der Schraubenfeder (14) in verschiedenen Stellungen anbringbar ist.