DE60113486T2

DE60113486T2 - Lagerschnittstellenanordnung mit mindestens einer elastischen Verformungszone und Bremsvorrichtung, die diese Anordnung enthält

Info

Publication number: DE60113486T2
Application number: DE60113486T
Authority: DE
Inventors: Arnaud Salou; Christophe Nicot; Olivier Blanchin
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: ATE305095T1; DE60113486D1; EP1176324A1; EP1176324B1; FR2812355B1; JP2002098600A; FR2812355A1; BR0103038A

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe bestehend aus einem Wälzlager und einer mechanischen Schnittstelle, einem Bremssystem bestehend aus einer solchen Baugruppe sowie einer Anwendung dieser Bremssysteme auf die Messung des Moments und der Kräfte, die auf ein oder jedes Rad eines Fahrzeuges und auf die Regelung von mindestens einer Fahrzeugsteuerung ausgeübt werden.
Es sind bereits Wälzlager bekannt, die aus einem stationären Ring zum Verbinden mit einer stationären Struktur, einem drehbaren Ring zum Verbinden mit einem drehbaren Organ, und dazwischen angeordneten Wälzkörpern bestehen.
Möchte man wissen, welche Kräfte über die stationäre Struktur auf das drehbare Organ einwirken, setzt man bekanntermaßen in Höhe der Verbindung zwischen dem stationären Ring und der stationären Struktur Teile an, die Messsysteme bilden.
In Dokument EP-A-0 432 122 wird diese Technologie veranschaulicht, indem ein auf dem stationären Ring steif befestigtes Messsystem vorgesehen ist. Dieses Messsystem umfasst einen ringförmigen Träger und eine Vielzahl an Sensoren, die mit dem Träger gemäß den im Verhältnis zur Rotationsachse vorab festgelegten Ausrichtungen verbunden sind.
Diese Art von Technologie hat bestimmte Nachteile.
Das Vorhandensein und die Anzahl der angesetzten Messsysteme führen dazu, dass die Montage des Wälzlagers schwierig und kompliziert wird.
Der stationäre Ring, der die Messsysteme bei der Montage des Wälzlagers einschließt, setzt sie einer Vorspannung aus, die für spätere Kräftemessungen nachteilig sein könnte.
Möchte man das auf ein Rad über einen Bremssattel ausgeübte Bremsmoment ermitteln, ist diese Technologie nicht in Betracht zu ziehen.
Die Erfindung möchte diese Nachteile beseitigen, indem sie eine aus einem Wälzlager und einer Schnittstelle bestehende Baugruppe vorschlägt, die zwischen dem stationären Ring des Wälzlagers und der stationären Struktur angeordnet werden soll. Besagte Schnittstelle umfasst integrierte Verformungsbereiche, die durch Sensoren instrumentiert werden und zum einen das Messen der Kräfte des statischen und dynamischen Verhaltens des Fahrzeugs und zum anderen des auf das Rad des Fahrzeugs ausgeübten Bremsmoments ermöglichen.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung von einem ersten Aspekt aus gesehen eine Baugruppe vor, die besteht aus:

– einem Wälzlager mit einem stationären Ring zur Verbindung an einer stationären Struktur, einem drehbaren Ring zur Verbindung mit einem drehbaren Organ und dazwischen angeordneten Wälzkörpern;
– eine mechanische Schnittstelle, die mit besagtem Ring über Verbindungsmittel verbunden ist, wobei diese Schnittstelle zwischen dem stationären Ring des Wälzlagers und der stationären Struktur angeordnet werden soll und folgendes aufweist:
– erste Befestigungsmittel an der stationären Struktur,
– zweite Befestigungsmittel einer Vorrichtung, die eine Kraft auf das drehbare Organ ausüben soll; und
– mindestens einen elastischen Verformungsbereich, der unter Einwirken der auf besagte Baugruppe ausgeübten Kräfte verformt werden kann, mindestens einen Sensor, der die besagten Kräfte messen kann und funktionsfähig mit besagtem Verformungsbereich verbunden ist.

Nach einer Ausführung weist die Schnittstelle zwei sich radial erstreckende Planflächen auf, die über eine Umfangsfläche miteinander verbunden sind, wobei in der Schnittstelle eine Bohrung mit einem etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des stationären Ring vorgesehen ist.
Die Schnittstelle kann erste radiale Vorsprünge aufweisen, in denen axiale Löcher vorgesehen sind, um die Baugruppe durch Verschrauben an der stationären Struktur zu befestigen, wobei zwei angrenzende Vorsprünge durch einen Bereich von kleinerer axialer und/oder radialer Abmessung getrennt sind, der den elastischen Verformungsbereich bildet, in dem der oder die Sensoren angeordnet sind.
Nach einer Ausführung weist die Schnittstelle vier erste etwa um 90° zueinander angeordnete Vorsprünge auf, die zwischen sich vier elastische Verformungsbereiche bilden, in denen jeweils mindestens ein Sensor angeordnet ist.
Die Schnittstelle kann zweite radiale Vorsprünge aufweisen, die zweite Befestigungsmittel an dem Wälzlager der Vorrichtung bilden, die auf das mit dem drehbaren Ring verbundene drehbare Organ eine Kraft ausüben soll, wobei die Vorsprünge jeweils einen Basisbereich und einen Endbereich umfassen.
Nach einer Ausführung umfassen die zweiten Vorsprünge im Endbereich angeordnete axiale Löcher für die Befestigung durch Verschrauben der Vorrichtung, wobei mindestens ein Sensor in oder in der Nähe des Basisbereichs angeordnet ist, wobei dieser den elastischen Verformungsbereich bildet.
Auf der Umfangsfläche können auf jeder Seite jedes zweiten Vorsprungs zwei Sensoren und/oder an einer der ebenen Flächen mindestens ein Sensor angeordnet werden.
Eine radiale Abmessung der zweiten Vorsprünge kann größer sein als eine radiale Abmessung der ersten Vorsprünge.
Nach einer Ausführung weist die Schnittstelle auf:

– vier erste, etwa um 90° zueinander angeordnete Vorsprünge, die zwischen sich drei elastische Verformungsbereiche bilden, in denen jeweils mindestens ein Sensor angeordnet ist.
– zwei zwischen den ersten beiden angrenzenden Vorsprüngen angeordnete zweite Vorsprünge, wobei jeder zweite Vorsprung mindestens einen Sensor umfasst.

Als Variante können in den ersten und/oder zweiten Vorsprüngen Durchbrüche vorgesehen werden, wobei an den Innenflächen der Durchbrüche Sensoren angeordnet sind.
Nach einer ersten Ausführungsweise bilden die ersten Befestigungsmittel ebenfalls die Verbindungsmittel der Schnittstelle mit dem stationären Ring des Wälzlagers.
Als Variante weist der stationäre Ring einen Flansch mit radialen Vorsprüngen auf, in denen axiale Löcher vorgesehen sind, die denjenigen der ersten Befestigungsmittel gegenüberliegen, um so die Befestigung der Schnittstelle durch Verschrauben an dem Wälzlager zu gewährleisten.
Nach einer zweiten Ausführungsweise sind die Verbindungsmittel der Schnittstellen an dem Wälzlager von den ersten und zweiten Befestigungsmitteln getrennt.
Als Variante umfasst der stationäre Ring einen radialen Flansch, wobei in dem Flansch und der Schnittstelle gegenüberliegende axiale Löcher vorgesehen sind, um ihre Verbindung durch Verschrauben zu gewährleisten.
Nach einer Ausführung sind die elastischen Verformungsbereiche in der Nähe der ersten und/oder zweiten Befestigungsmittel und/oder in der Nähe der Verbindungsmittel angeordnet. Der oder die in der Nähe der ersten Befestigungsmittel und/oder in der Nähe der Verbindungsmittel angeordneten Sensoren sind vorgesehen, um die auf die ersten Befestigungsmittel ausgeübten und/oder auf den stationären Ring übertragenen Kräfte sowie ihre jeweiligen Momente nach drei orthogonalen, gemeinsam einen Trieder bildenden Richtungen zu messen.
Als Variante sind der oder die in der Nähe der zweiten Befestigungsmittel angeordneten Sensoren vorgesehen, um die auf die zweiten Befestigungsmittel sowie ihre jeweiligen Momente ausgeübten Kräfte nach drei orthogonalen, gemeinsam ein Trieder bildenden Richtungen zu messen.
Die Sensoren sind oder enthalten:

– Dehnungsmesser auf Basis von piezoresistiven Elementen,
– akustische Oberflächenweitensensoren,
– Magnetfeldsensoren

Nach einer Ausführung ist mindestens ein Sensor auf einem Zwischenstück angeordnet, das in dem elastischen Verformungsbereich durch Einbettung, Schweißen, Kieben oder dergleichen befestigt ist.
Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Bremssystem mit einer Baugruppe gemäß obiger Beschreibung und einer Bremsbügel, die über die zweiten Befestigungsmittel mit der mechanischen Schnittstelle verbunden sind, wobei der Bremsbügel von der stationären Struktur getrennt ist.
Das Bremssystem kann ferner eine mit dem drehbaren Ring verbundene Bremsscheibe umfassen, die zwischen den Backen des Bremsbügels eingefügt ist, damit dieser sie durch Annähern der Backen mit einer Bremskraft beaufschlagt.
Nach einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung von Systemen zur Messung einerseits des Bremsmoments eines Fahrzeugs und andererseits der auf eines oder jedes seiner Räder ausgeübten Längs-, Quer- und Vertikalkräfte, bei der ein System mit einem oder jedem Rad verbunden ist, wobei der Moment anhand der Sensoren gemessen wird, die in der Nähe der zweiten Befestigungsmittel und/oder in der Nähe der Verbindungsmittel angeordnet sind, und die Kräfte anhand der Sensoren gemessen werden, die in der Nähe der ersten Befestigungsmittel angeordnet sind.
Nach einer Ausführung erfasst eine Steuervorrichtung die Messungen des Bremsmoments und/oder der auf die Räder ausgeübten Kräfte, wobei diese Vorrichtung vorgesehen ist, um mindestens eine hydraulische Steuerung des Fahrzeugs, insbesondere die Bremsung, die Beschleunigung, die Lenkung, die Aufhängung, entsprechend den Messungen zu regeln.
In nachstehender Beschreibung, in der auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen Bezug genommen wird, werden weitere Gegebenheiten und Vorteile der Erfindung deutlich:
1 ist die perspektivische Zeichnung einer Baugruppe, die ein Wälzlager und eine Schnittstelle gemäß der Erfindung umfasst, wobei der drehbare Innenring auf eine Radnabe geschoben ist; nach der abgebildeten Herstellungsmöglichkeit umfasst die Schnittstelle mehrere elastische Verformungsbereiche, die dazu geeignet sind, sich unter Einwirkung der auf das Wälzlager ausgeübten Kräfte zu verformen und mit den Sensoren, die diese Kräfte messen können, verbunden sind; die Nabe umfasst einen Flansch, mit dem die Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs verbunden werden soll.
2 stellt eine perspektivische Zeichnung des Wälzlagers von 1 unter einem anderen Blickwinkel dar.
3 ist eine perspektivische Zeichnung der Schnittstelle der vorhergehenden Abbildungen, die die ersten und die zweiten Befestigungsmittel zeigt, wobei die ersten Befestigungsmittel ferner ein Verbindungsmittel mit dem stationären Ring bilden. Die Schnittstelle weist elastische Verformungsbereiche auf, an denen Sensoren angeordnet sind, um die durch die auf das Wälzlager einwirkenden Kräfte herbeigeführten Verformungen zu messen.
4 ist die perspektivische Zeichnung einer Baugruppe analog zu den 1 und 2, in der in der Nähe der zweiten Befestigungsmittel Durchbrüche vorgesehen sind, so dass die Amplitude der durch die Kräfte hervorgerufenen elastischen Verformungen erhöht wird.
5 ist die perspektivische Zeichnung einer Baugruppe nach einer zweiten Herstellungsmöglichkeit, in der sich die ersten Befestigungsmittel von den Verbindungsmitteln unterscheiden. Nach der veranschaulichten Ausführung sind in der Nähe der zweiten Befestigungsmittel Löcher vorgesehen, um die Amplitude der durch diese Kräfte hervorgerufenen elastischen Verformungen zu erhöhen.
6 ist die perspektivische Zeichnung einer Baugruppe analog zur Baugruppe aus 5, in der die Löcher ebenfalls in der Nähe der ersten Befestigungsmittel vorgesehen wurden, um die Amplitude der durch diese Kräfte hervorgerufenen elastischen Verformungen zu erhöhen.
7 ist die perspektivische Zeichnung einer Baugruppe analog zur Baugruppe von 6, in der die Form der in der Nähe der ersten Befestigungsmittel vorgesehnen Löcher eine andere ist.
8 ist die perspektivische Zeichnung einer Baugruppe analog zur Baugruppe von 5, in der in der Nähe der ersten Befestigungsmittel zwei Durchbrüche vorgesehen sind.
9 ist die perspektivische Zeichnung eines Bremssystems, das aus einer in 8 dargestellten Baugruppe besteht, einem mit dieser Schnittstelle verbundenen Bremsbügel und einer mit dem drehbaren Ring verbundenen Bremsscheibe.
10 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Bremssystems von 9, in dem die Nabe und der Innenring jeweils einen Lagerlaufring für die Wälzkörper aufweisen; auf dieser Abbildung sind die Wälzkörper, Käfige, Dichtungen und Sensoren nicht abgebildet.
11 ist eine Draufsicht auf einen Sensor, mit dem die Schnittstelle der vorhergehenden Abbildungen ausgestattet ist, nach einer Ausführung, bei der er auf der Oberseite vier als Brücke montierte Dehnungsmessstreifen umfasst, die auf ein Substrat geklebt wurden, dass die Messung der Biegungs- oder Torsionsverformungen des Substrats ermöglicht.
12 ist die Seitenansicht des Sensors von 10, der an der Seitenfläche zwei Dehnungssensoren zur Messung weiterer Biegungsverformungen des Substrats aufweist.
13 ist die Darstellung einer Verwendungsart der in 9 dargestellten Baugruppe für die Messung des Bremsmoments des Fahrzeugs. Auf dieser Abbildung erfasst eine Steuervorrichtung die Messungen des Bremsmoments und/oder der auf die Räder ausgeübten Kräfte; diese Vorrichtung ist mit vier Fahrzeugsteuerungen verbunden, die die Bremsung, Beschleunigung, Lenkung und Aufhängung unter Berücksichtigung der erfassten Messungen regelt.
Auf den 1 bis 10 ist ein Wälzlager 1 mit einem stationären Außenring 2 und einem drehbaren Innenring 3 sowie den dazwischen angeordneten Wälzkörpern dargestellt (auf den Abbildungen nicht zu sehen).
Der stationäre Ring 2 soll mit der stationären Struktur, z.B. dem Fahrgestell eines Fahrzeugs 4, über eine Schnittstelle 5 verbunden werden, während der drehbare Ring 3 mit einem drehbaren Organ 6 verbunden werden soll.
Dazu umfasst Schnittstelle 5 zum einen die Verbindungsmittel 7 von Schnittstelle 5 am stationären Ring 2 und zum anderen die ersten Befestigungsmittel 6 von Schnittstelle 5 an der stationären Struktur.
Schnittstelle 5 umfasst ferner die zweiten Befestigungsmittel 9 und eine Vorrichtung 10, die eine Kraft auf das drehbare Organ 6 ausüben soll.
Wälzlager 1 und Schnittstelle 5 bilden, nachdem sie verbunden worden sind, eine Baugruppe, die zum einen eine stationäre Struktur über die ersten Befestigungsmittel 8 und zum andern die Vorrichtung 10 über die zweiten Befestigungsmittel 9 verbinden soll.
In der auf den 9 und 10 dargestellten Verwendung ist Baugruppe 1 in ein Bremssystem 11 eingebaut, das eine auf einen Flansch 13 von Nabe 14 montierte Bremsscheibe 12 umfasst und einen Bremsbügel 15, der aus zwei Bremsbacken 16 und 17 besteht, welche zu beiden Seiten von Scheibe 12 angeordnet sind, um beim Annähern der Backen 16 und 17 durch Quetschung von Scheibe 12 eine Bremskraft F auf die Scheibe auszuüben.
In einer ersten, auf den 1 bis 8 dargestellten Variante wurde der drehbare Ring 3 auf Nabe 14 geschoben, die sich koaxial auf Scheibe 12 legt, wobei Scheibe 12 und Nabe 14 Bestandteil des oben genannten drehbaren Organs 6 sind.
In einer zweiten, auf den 9 und 10 dargestellten Variante umfasst Nabe 14 mindestens einen der Lagerlaufringe der Wälzkörper, so dass sie Bestandteil des drehbaren Rings 3 ist. In dieser Variante ist Nabe 14 beispielsweise auf dem stationären Ring 2 eingesetzt und das drehbare Organ 6 umfasst die auf Flansch 13 montierte Scheibe 12.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Beschreibung werden in Verbindung mit dem Bremssystem 11 drei willkürliche Richtungen festgelegt, die auf den 1 bis 9 dargestellt sind: eine axiale Richtung X bzw. Längsrichtung, die mit der Achse von Wälzlager 1, der Achse von Bremsscheibe 12 und der Achse von Nabe 14 verbunden ist; und zwei radiale Richtungen, die senkrecht zur axialen Richtung und senkrecht zueinander stehen: eine sogenannte Querrichtung Y und eine sogenannte Elevationsrichtung Z, so dass die drei Richtungen X, Y und Z im Raum ein direktes Trieder bilden.
Man setzte zur Erhöhung des Komforts voraus, dass im Falle eines Bremssystems 11 die Elevationsrichtung Z senkecht zum Boden steht, wohingegen die Längsrichtung X und die Querrichtung Y parallel zum Boden verlaufen.
Ein Standport in der Nähe der Achse von Wälzlager 1 gilt als innen liegend, wohingegen eine Lage in Entfernung der Achse als außen liegend angesehen wird.
Die Kräfte werden von der stationären Struktur auf die ersten Befestigungsmittel 8 oder umgekehrt ausgeübt, insbesondere bei Bewegungen (Längsschwingung, Querschwingung, Schlingern) des Fahrzeuggestells 4 im Verhältnis zu seinen Achsaggregaten, durch die Beschleunigung, in Kurven, bei Bewegungen der Aufhängung oder beim Bremsen.
Diese Kräfte äußern sich durch Krafteinwirkungen entlang der drei Richtungen X, Y und Z und der Momente um Achsen, die parallel zu diesen drei Richtungen verlaufen.
Man möchte zumindest einen Teil dieser Kräfte messen.
In den vorgestellten Ausführungsweisen umfasst der stationäre Ring einen Flansch 18 gleichen Materials, der sich zumindest über einen Teil des Umfangs von Wälzlager 1 radial erstreckt.
Dieser Flansch 18 hat die beiden Flächen 19 und 20, die sich auf einer querverlaufenden Elevationsebene radial erstrecken und durch eine Umfangsfläche 21 miteinander verbunden sind, und weist Durchlochungen 22 zum Verbinden des stationären Rings 2 mit der Schnittstelle 5 durch Verschraubung auf.
Wie insbesondere auf 3 zu sehen ist, weist Schnittstelle 5 die beiden Flächen 23 und 24 auf, die sich in einer quer verlaufenden Elevationsebene radial erstrecken und durch eine Umfangsfläche 25 miteinander verbunden sind.
Die Durchlochungen 26 werden in Schnittstelle 5 so vorgesehen, dass sie gegenüber den Löchern 22 von Flansch 18 liegen, um die Verbindung von Schnittstelle 5 mit dem stationären Ring 2 durch Verschraubung gewährleisten zu können.
Schnittstelle 5 weist ebenfalls eine Bohrung 27 mit einem Durchmesser auf, der ein wenig größer ist als der Außendurchmesser des stationären Rings 2, so dass dieser in ihn eingeschoben werden kann.
Bei der Verbindung wird Schnittstelle 5 zunächst in den stationären Ring 2 mit den einander gegenüberstehenden Löchern 22, 26 und den aneinandergrenzenden Flächen 24 und 20 eingeschoben. Die Verbindung erfolgt durch Verschraubung, so dass man eine Baugruppe gemäß Erfindung erhält.
Nach einer ersten Ausführungsweise, die auf den 1 bis 4 dargestellt ist, dienen die Löcher 26 auch als erste Befestigungsmittel 8 der Baugruppe an der stationären Struktur.
Die Verbindung der Baugruppe erfolgt zu diesem Zweck gleichzeitig mit ihrer Befestigung an der stationären Struktur mittels Verschraubung zum einen mithilfe der Löcher 22 und 26 und zum andern mithilfe einem in der stationären Struktur vorgesehenen Loch.
Nach einer zweiten, auf den 5 bis 10 dargestellten Ausführungsweise, sind an der Schnittstelle 5 zusätzliche Löcher 28 vorgesehen, um die zuvor zusammengesetzte Baugruppe durch Verschraubung an der stationären Struktur zu verbinden.
Die Baugruppe, die zum einen über Schnittstelle 5 mit der stationären Struktur und zum andern über, den drehbaren Ring 3 mit dem drehbaren Organ 6 verbunden ist, leitet die ausgeübten Kräfte zumindest zum Teil weiter und ist deshalb ein bevorzugter Ort der Messung.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Messung dieser Kräfte an der Schnittstelle.
Dazu hat die Schnittstelle mindestens einen elastischen Verformungsbereich 29–33, der sich unter Einwirken der Kräfte auf die Baugruppe verformt.
Das Material von Schnittstelle 1 und die Form der Verformungsbereiche 29–33 werden so ausgewählt, dass die Verformungen die Elastizitätsgrenze des Materials nicht überschreiten.
Da Schnittstelle 5 bei den Messungen außerdem mit dem stationären Ring 2 verbunden ist, werden Material und Form von Flansch 18 so ausgewählt, dass die Verformungen in den Bereichen 29–33 innerhalb der Elastizitätsgrenze bleiben.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist das Material, aus dem Schnittstelle 5 hergestellt ist, und Wälzlager 1 ein im Bereich der Wälzlager üblicher Stahl.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann Schnittstelle 5 als Schutz vor galvanischer Korrosion zwischen der stationären Struktur und dem stationären Ring 2 von Wälzlager 1 dienen.
Hierfür ermöglicht entweder die Beschaffenheit des Materials von Schnittstelle 5 diesen Schutz oder Schnittstelle 5 wird zumindest an den Berührungsflächen mit einer geeigneten Beschichtung versehen.
Nach einem dritten Ausführungsbeispiel kann Schnittstelle 5 aus Leichtmetalllegierung hergestellt werden, so dass die mobile Masse reduziert wird.
Nach der ersten, auf den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsweise umfasst Schnittstelle 5 vier erste radiale Vorsprünge 34–37, in denen die Löcher 26 vorgesehen sind, und welche die oben genannten ersten Befestigungsmittel 8 und die Verbindungsmittel 7 bilden.
Nach der zweiten, auf den 5 bis 10 dargestellten Ausführungsweise umfasst Schnittstelle 5 vier erste radiale Vorsprünge 34–37, in denen die Löcher 26 vorgesehen sind, welche die ersten Befestigungsmittel 8 bilden, und vier Löcher 28, welche die Verbindungsmittel 7 bilden.
Schnittstelle 5 hat eine Stärke (d.h. der Abstand, der ihre beiden Flächen 23 und 24 voneinander trennt, oder die Querabmessung der Umfangfläche), die ausreichend groß ist, um eine starre Befestigung des Wälzlagers 1 an der stationären Struktur zu gewährleisten und eine Verformung der Bereiche 29–33 unter Einwirkung der ausgeübten Kräfte zu ermöglichen.
Nach einer Ausführungsweise, die in den 1 bis 10 veranschaulicht wird, umfasst der Flansch hohle Bereiche 29–33, deren radiale und/axiale Abmessungen kleiner sind als die radialen bzw. axialen Abmessungen der ersten Vorsprünge 34–37.
Nach einer Ausführungsweise (1 bis 4) sind die ersten radialen Vorsprünge 34–37 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, wobei die hohlen Bereiche 29–33 zwischen den ersten Vorsprünge 34–37 liegen.
Diese hohlen Bereiche, die der leichteren lokalen Verformung von Schnittstelle 5 dienen, bilden die oben genannten Verformungsbereiche 29–33.
Um die Messung dieser Verformungen und folglich der auf Wälzlager 1 ausgeübten Kräfte zu ermöglichen, wird mindestens ein Sensor funktionsfähig mit mindestens einem oder auch allen elastischen Verformungsbereichen 29–33 verbunden.
Jeder Sensor 38 kann beispielsweise aus Elementen gefertigt werden, die gewählt werden aus:

– Dehnungsmessern auf Basis von piezoresistiven Elementen,
– Akustischen Oberflächenweitensensoren,
– Magnetfeldsensoren, die beispielsweise auf empfindlichen Elementen vom Typ Magnetowiderstand, Riesenmagnetowiderstand, Halleffekt, Effekt in Tunnelkontakten basieren.

Nach einer in den 11 und 12 veranschaulichten Ausführung, die einen groß dargestellten Sensor 38 zeigen, wird dieser aus Dehnungsmessstreifen 39–41 hergestellt, deren Ohmwert sich je nach Auslenkung linear verändert.
Sensor 38 umfasst zum Beispiel ein dielektrisches Substrat, das ein Plättchen 42 bildet, auf dem die Messstreifen 39–41 geklebt oder durch Serigraphie oder ein ähnliches Verfahren geformt wurden.
So sind zum Beispiel zwei Biegungsmesser 39 und zwei Torsionsmesser 40 an der gleichen oberen Fläche des Plättchens angeordnet, wohingegen zwei Biegungsmesser 41 an ein und derselben Seitenfläche von Plättchen 42 angeordnet sind.
Durch diese Dehnungsmessstreifen läuft Strom. Sie werden beispielsweise in eine Wheatstone-Brückenschaltung mit Niederspannung eingefügt und ermöglichen das Messen des Ohmwerts jedes Dehnungsmessstreifens.
Man kann daraus die Torsionsverformungen von Plättchen 42 und zum anderen die Biegungsverformungen in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen ableiten.
Da Plättchen 42 mit dem Flansch – beispielsweise durch Kleben oder Schweißen – starr an einem Verformungsbereich 29–33 befestigt ist, können daraus die Verformungen des Verformungsbereichs 29–33 und folglich dessen Beanspruchungen abgeleitet werden.
Die Sensoren 38 können an den Querflächen 23, 24 von Schnittstelle 5 und/oder an der Umfangsfläche 25 in der Nähe oder an einem Verformungsbereich 29–33 angeordnet sein, wobei die ersten Vorsprünge 34–37 starr an der stationären Struktur befestigt sind.
Schnittstelle 5 umfasst ferner nach einer Ausführung, die auf den 1 bis 10 dargestellt ist, die zweiten Befestigungsmittel 9 des Bremsbügels 15 an der Schnittstelle 5.
Nach Ausführungsvarianten, die nicht abgebildet sind, dienen diese beiden Befestigungsmittel 9 der Verbindung einer weiteren Art von Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, Kraft auf das drehbare Organ 6 auszuüben.
Nach einer Ausführung umfasst Schnittstelle 5 mindestens eine, beispielsweise aber auch zwei zweite radiale Vorsprünge 43 und 44, die Durchlochungen 45 zur Befestigung des Bügels 15 durch Verschraubung aufweisen, und die zweiten Befestigungsmittel 9 bilden.
Die zweiten Vorsprünge 43 und 44 umfassen von innen nach außen betrachtet einen Basisbereich 46 und einen Randbereich 47, in den die Löcher 45 eingearbeitet werden.
Nach einer in den 1 bis 10 veranschaulichten Ausführung sind die beiden zweiten Vorsprünge 43, 44 zwischen zwei aufeinanderfolgenden ersten Vorsprüngen 34 und 35 angeordnet, so dass Schnittstelle 5 eine Symmetrieebene mit Seitenansicht aufweist und die Radialabmessung der beiden Vorsprünge 43 und 44 größer ist als die Radialabmessung der ersten Vorsprünge 34–37.
Nach den dargestellten Ausführungen sind die ersten Vorsprünge 34–37 und die zweiten Vorsprünge 43, 44 auf einer Ebene angeordnet, doch sie können auch auf zwei koplanaren Ebenen liegen oder nicht.
Da die zweiten Vorsprünge 43 und 44 den einzigen Träger von Bremsbügel 15 bilden, da dieser vom Gestell des Fahrzeugs getrennt ist, werden die gesamten Kräfte und Bremsmomente, die durch letzteren auf Scheibe 12 ausgeübt werden, über die zweiten Vorsprünge 43 und 44 auf Schnittstelle 5 übertragen.
Man möchte diese Kräfte, deren Momente in allen drei Richtungen X, Y, Z so messen, dass insbesondere das Bremsmoment abgeleitet werden kann.
Zu diesem Zweck weisen die zweiten Vorsprünge 43 und 44 jeweils mindestens einen elastischen Verformungsbereich auf, auf dem – oder in dessen Nähe – ein Sensor 38 gemäß obiger Beschreibung angeordnet ist, der dessen Verformung beim Bremsen in drei Richtungen X, Y und Z messen kann.
Dieser elastische Verformungsbereich kann beispielsweise mit dem Basisbereich 46 der zweiten Vorsprünge 43 und 44 verbunden sein.
Nach einer Ausführungsweise sind zwei Sensoren 38 an der Umfangsfläche 25 von Schnittstelle 5 zu beiden Seiten und an der Basis jeden zweiten Vorsprungs 43 und 44 angeordnet.
Ein Sensor 38 kann jeweils an der Basis der Vorsprünge 43 und 44 an einer der Querflächen 23 und 24 von Schnittstelle 5 oder an allen ihren Flächen vorgesehen werden.
Zur Verbesserung der Messgenauigkeit können die Sensoren 38 auf der Umfangsfläche 25 und an den Querflächen 23 und 24 von Schnittstelle 5 angeordnet werden.
Als Variante, die in 4 dargestellt ist, ist in jeden Basisbereich 48 der zweiten Vorsprünge 43 und 44 ein Durchbruch 48 vorgesehen. Diese Durchbrüche 48 werden durch längliche Durchlochungen gebildet und sollen die Amplitude der durch die Kräfte hervorgerufenen elastischen Verformungen erhöhen, so dass die Messungen verbessert werden.
Ergänzend kann mindestens ein Sensor 38 an einer Innenfläche 54 des Durchbruchs 48 angeordnet werden, so dass ein instrumentierter Verformungsbereich entsteht.
In einer in 6 dargestellten Variante sind in der Nähe der Löcher 28 ebenfalls Durchbrüche 48 vorgesehen.
Die Anpassung der Menge und der Form der Durchbrüche 48 kann von einen Fachmann unter Berücksichtigung der Amplitude der von den Sensoren 38 erkennbaren elastischen Verformungen vorgenommen werden.
Als Beispiel werden in den 7 und 8 zwei einander ergänzende Herstellungsmöglichkeiten gezeigt.
Nach einer in 13 dargestellten Ausführungsweise werden die zum einen in der Nähe der ersten Befestigungsmittel 8 und zum andern in der Nähe der zweiten Befestigungsmittel 9 durch die Messung der Sensoren 38 erhaltenen Informationen zu den Verformungen von Schnittstelle 5 von einer Steuervorrichtung 49 erfasst.
Diese Steuervorrichtung 49 umfasst zum Beispiel einen Rechner 50, der mit den Sensoren 38 verbunden ist, und der die auf Schnittstelle 5 in Höhe der Sensoren einwirkenden Beanspruchungen berechnet, davon die Resultanten Fx, Fy, Fz der auf Schnittstelle 5 einwirkenden Kräfte in den Richtungen X, Y und Z ableitet sowie deren Momente Mx, My, Mz gemäß diesen Richtungen.
Der Rechner berechnet insbesondere das von Bügel 14 auf Scheibe 12 ausgeübte Bremsmoment.
Als Variante wird eine Baugruppe 1 mit jedem Rad des Fahrzeugs verbunden, so dass der Rechner 50 die Messung des Bremsmomentes und/oder der auf jedes Rad einwirkenden Kräfte ermöglicht.
Nach einer in 13 dargestellten Ausführung umfasst die Steuervorrichtung 49 ferner vier Servomotoren 51–53 und 55, die zum einen mit Rechner 50 und zum andern jeweils mit dem Bremssystem, dem Lenksystem und dem Beschleunigungssystem des Fahrzeugs verbunden ist, um jeweils die Bremsung, Lenkung, Beschleunigung und Aufhängung desselben unter Berücksichtigung der vom Rechner berechneten Kraft Fx, Fy, Fz der Momente Mx, My, Mz zu regeln.
Als Variante kann Wälzlager 1 durch einen Magnetkodierer instrumentiert werden, der mit dem drehbaren Ring 3 verbunden ist oder eine Dichtung bildet, und durch einen mit dem stationären Ring 2 verbundenen Sensor, so dass die Drehgeschwindigkeit des drehbaren Organs gemessen werden kann.
In dieser Variante kann die Drehgeschwindigkeit in der Steuervorrichtung 49 implementiert sein, so dass sie bei der Regelung der Steuerung des Fahrzeugs benutzt werden kann.

Claims

Baugruppe bestehend aus – einem Wälzlager (1) mit einem stationären Ring (2) zur Verbindung an einer stationären Struktur, einem drehbaren Ring (3) zur Verbindung mit einem drehbaren Organ (6) und dazwischen angeordneten Wälzkörpern; und – einer mechanischen Schnittstelle (5), die über Verbindungsmittel (7) mit dem stationären Ring (2) verbunden ist, wobei diese Schnittstelle (5) zwischen dem stationären Ring (2) des Wälzlagers (1) und der stationären Struktur angeordnet werden soll, wobei die Schnittstelle (5) aufweist: – erste Befestigungsmittel (8) an der stationären Struktur; – zweite Befestigungsmittel (9) einer Vorrichtung, die eine Kraft auf das drehbare Organ (6) ausüben soll; und – mindestens einen elastischen Verformungsbereich (29–33), der unter der Wirkung der auf die Baugruppe ausgeübten Kräfte verformbar ist, wobei dem elastischen Verformungsbereich (29–33) funktionsmäßig mindestens ein Sensor (38) für die Messung der genannten Kräfte zugeordnet ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (5) zwei sich radial erstreckende ebene Flächen (23, 24) aufweist, die über eine Umfangsfläche (25) miteinander verbunden sind, wobei in der Schnittstelle (5) eine Bohrung (27) mit einem etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des stationären Rings (2) vorgesehen ist.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (5) erste radiale Vorsprünge (34–37) aufweist, in denen axiale Löcher (26) vorgesehen sind, um die Baugruppe durch Verschrauben an der stationären Struktur zu befestigen, wobei zwei angrenzende Vorsprünge durch einen Bereich von kleinerer axialer und/oder radialer Abmessung getrennt sind, der den elastischen Verformungsbereich (29–33) bildet, in dem der oder die Sensoren (38) angeordnet sind.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (5) vier erste etwa um 90° zueinander angeordnete Vorsprünge (34–37) aufweist, die zwischen sich vier elastische Verformungsbereiche (29–31) bilden, in denen jeweils mindestens ein Sensor (38) angeordnet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (5) zweite radiale Vorsprünge (43, 44) aufweist, die zweite Befestigungsmittel (9) für das Wälzlager der Vorrichtung (10) bilden, das auf das mit dem drehbaren Ring (3) verbundene drehbare Organ (6) eine Kraft ausüben soll, wobei die Vorsprünge (43, 44) jeweils einen Basisbereich (46) et einen Endbereich (47) umfassen.
Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Vorsprünge (43, 44) in dem Endbereich (47) angeordnete axiale Löcher (45) für die Befestigung durch Verschrauben der Vorrichtung (10) umfassen, wobei mindestens ein Sensor (38) in oder in der Nähe des Basisbereichs (46) angeordnet ist, wobei dieser den elastischen Verformungsbereich (32, 33) bildet.
Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf an der Umfangsfläche (25), auf jeder Seite jedes zweiten Vorsprungs (43, 44), zwei Sensoren (38) angeordnet sind.
Baugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (38) an einer der ebenen Flächen (23, 24) angeordnet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Abmessung der zweiten Vorsprünge (43, 44) größer ist als eine radiale Abmessung der ersten Vorsprünge (34–37).
Baugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (5) aufweist: – vier erste etwa um 90° zueinander angeordnete Vorsprünge (34–37), die zwischen sich drei elastische Verformungsbereiche (29–31) bilden, in denen jeweils mindestens ein Sensor (38) angeordnet ist; und – zwei zwischen den ersten beiden angrenzenden Vorsprüngen (43, 44) angeordnete zweite Vorsprünge (43, 44), wobei jeder zweite Vorsprung (43, 44) mindestens einen Sensor (38) umfasst.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten (34–37) und/oder zweiten (43, 44) Vorsprüngen Durchbrüche (48) vorgesehen sind, wobei an den Innenflächen (54) der Durchbrüche (48) Sensoren (38) angeordnet sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Befestigungsmittel (8) ebenfalls Verbindungsmittel (7) der Schnittstelle (5) mit dem stationären Ring (2) des Wälzlagers (1) bilden.
Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Ring (2) einen Flansch (18) mit radialen Vorsprüngen aufweist, in denen axiale Löcher (22) vorgesehen sind, die denjenigen (28) der ersten Befestigungsmittel (8) gegenüberliegen, um so die Befestigung der Schnittstelle (5) durch Verschrauben an dem Wälzlager (1) zu gewährleisten.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (7) der Schnittstelle (5) an dem Wälzlager getrennt sind von den ersten (8) und zweiten (9) Befestigungsmitteln.
Baugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Ring (2) einen radialen Flansch (18) umfasst, wobei in dem Flansch (18) und der Schnittstelle (5) gegenüberliegende axiale Löcher (26) vorgesehen sind, um ihre Verbindung durch Verschrauben zu gewährleisten.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die elastischen Verformungsbereiche (29–33) in der Nähe der ersten (8) und/oder zweiten (9) Befestigungsmittel und/oder in der Nähe der Verbindungsmittel (7) angeordnet sind.
Baugruppe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die in der Nähe der ersten Befestigungsmittel (8) und/oder in der Nähe der Verbindungsmittel (7) angeordneten Sensoren (38) vorgesehen sind, um die auf die ersten Befestigungsmittel (8) ausgeübten und/oder auf den stationären Ring (2) übertragenen Kräfte sowie ihre jeweiligen Momente nach drei orthogonalen, gemeinsam ein Trieder bildenden Richtungen zu messen.
Baugruppe nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die in der Nähe der zweiten Befestigungsmittel (9) angeordneten Sensoren (38) vorgesehen sind, um die auf die zweiten Befestigungsmittel (9) sowie ihre jeweiligen Momente nach drei orthogonalen, gemeinsam ein Trieder bildenden Richtungen zu messen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (38) Dehnungsmesser auf Basis von piezoresistiven Elementen sind oder enthalten.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren akustische Oberflächenwellensensoren sind oder enthalten.
Baugruppe nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (38) Magnetfeldsensoren sind oder enthalten.
Baugruppe nach einem der Anspruche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (38) auf einem Zwischenstück (42) angeordnet ist, das in dem elastischen Verformungsbereich (29–33) durch Einbettung, Schweißen, Kleben oder dergleichen befestigt ist.
Bremssystem mit einer Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 22 und einer Bremsgabel (15), die über die zweiten Befestigungsmittel (9) mit der mechanischen Schnittstelle (5) verbunden sind, wobei der Bremsbügel (15) von der stationären Struktur getrennt ist.
Bremssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine mit dem drehbaren Ring (3) verbundene Bremsscheibe (12) umfasst, die zwischen den Backen (16, 17) des Bremsbügels (15) eingefügt ist, damit dieser sie durch Annähern der Backen (16, 17) mit einer Bremskraft beaufschlagt.
Verwendung von Systemen nach Anspruch 23 oder 24 zur Messung einerseits des Bremsmoments eines Fahrzeugs und andererseits der auf eines oder jedes seiner Räder ausgeübten Längs-, Quer- und Vertikalkräfte, bei der ein System mit einem oder jedem Rad verbunden ist, wobei der Moment anhand der Sensoren (38) gemessen wird, die in der Nähe der zweiten Befestigungsmittel (9) und/oder in der Nähe der Verbindungsmittel (7) angeordnet sind, und die Kräfte anhand der Sensoren (38), die in der Nähe der ersten Befestigungsmittel (8) angeordnet sind.
Verwendung nach Anspruch 25, bei der eine Steuervorrichtung (49) die Messungen des Bremsmoments und/oder der auf die Räder ausgeübten Kräfte erfasst, wobei diese Vorrichtung vorgesehen ist, um mindestens eine hydraulische Steuerung des Fahrzeugs, insbesondere die Bremsung, die Beschleunigung, die Lenkung, die Aufhängung, entsprechend den Messungen zu regeln.