DE60131571T2 - Lageranordnung mit sensoren zur überwachung von lasten - Google Patents

Lageranordnung mit sensoren zur überwachung von lasten Download PDF

Info

Publication number
DE60131571T2
DE60131571T2 DE60131571T DE60131571T DE60131571T2 DE 60131571 T2 DE60131571 T2 DE 60131571T2 DE 60131571 T DE60131571 T DE 60131571T DE 60131571 T DE60131571 T DE 60131571T DE 60131571 T2 DE60131571 T2 DE 60131571T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
housing
strain gauges
arrangement according
axis
hub
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60131571T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60131571D1 (de
Inventor
Graham North Canton MCDEARMON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Timken Co
Original Assignee
Timken Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=24183447&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE60131571(T2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Timken Co filed Critical Timken Co
Publication of DE60131571D1 publication Critical patent/DE60131571D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60131571T2 publication Critical patent/DE60131571T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009Force sensors associated with a bearing
    • G01L5/0019Force sensors associated with a bearing by using strain gages, piezoelectric, piezo-resistive or other ohmic-resistance based sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/522Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to load on the bearing, e.g. bearings with load sensors or means to protect the bearing against overload
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/161Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance
    • G01L5/1627Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in ohmic resistance of strain gauges
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2204/00Indexing codes related to suspensions per se or to auxiliary parts
    • B60G2204/10Mounting of suspension elements
    • B60G2204/11Mounting of sensors thereon
    • B60G2204/115Wheel hub bearing sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/38Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
    • F16C19/383Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F16C19/385Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings
    • F16C19/386Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings in O-arrangement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00Articles relating to transporting
    • F16C2326/01Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02Wheel hubs or castors

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft im allgemeinen Lager und insbesondere eine Lageranordnung, die Kräfte und Drehmomente, die durch sie übertragen werden, überwacht, um elektrische Signale bereitzustellen, die von Vorrichtungen verwendet werden, die Fahrzeugdynamiken überwachen und steuern, basierend auf berechneter Reifenkontaktflächenbelastung, oder um die allgemeinen Belastungen und Ladungen, die auf ein Lager wirken, zu bestimmen.
  • Stand der Technik
  • Es gibt eine Anzahl von Anwendungen, bei denen die Belastungen und Arten von Belastungen, die auf ein Lager in dessen Betrieb wirken, wichtige Informationen über das Lager und die mit dem Lager verbundenen Objekte liefern können. Eine derartige Anwendung ist die Automobilindustrie, wo derartige Belastungsinformationen, in elektrischer Signalform, entscheidend für die korrekte Anwendung von Fahrzeugdynamiksteuerungssystemen („VDC") sind. Eine andere Anwendung ist in der Stahlwalzindustrie, wo elektronische Verarbeitung und Steuerung zur Manipulation der Geschwindigkeit und Belastungen von Walzen während des Walzprozesses verwendet wird. Noch eine Anwendung ist die Werkzeugmaschinenindustrie, wo programmierbare Steuerungen und Prozessoren die Geschwindigkeit von Spindeln in Fräs-, Dreh- und Bohrmaschinen überwachen und steuern.
  • In der Automobilindustrie werden viele Fahrzeuge aktueller Produktion mit Antiblockierbremsen ausgestattet. Ein System dieser Art überwacht die Rotation der Räder eines Fahrzeugs und, wenn die Bremsen des Fahrzeugs betätigt werden, vermindert die Bremskraft an jedem Rad das blockiert und rutscht. Dies vermindert die Neigung des Fahrzeugs vom Kurs abzukommen, wenn die Traktion an den Rädern unterschiedlich ist und erleichtert das Lenken des Fahrzeugs unter derartigen Umständen. Einige Fahrzeuge weisen ein Traktionskontrollsystem auf. Diese Art von System überwacht die Rotation der angetriebenen Räder und verteilt die Antriebskraft zwischen diesen Rädern, so dass eines nicht losbricht und durchdreht. Während beide Systeme es dem Fahrer eines Fahrzeugs ermöglichen, eine bessere Kontrolle über das Fahrzeug aufrecht zu erhalten, beeinflussen auch andere Faktoren den Betrieb des Fahrzeugs und trotz des erfolgreichen Betriebs eines Antiblockierbremssystems und eines Traktionskontrollsystems können diese anderen Faktoren immer noch zu einem Kontrollverlust des Fahrzeugs führen.
  • Wesentlich unter diesen anderen Faktoren sind die Zentripetalkräfte, die ein Fahrzeug erfährt, wenn es um eine Kurve fährt – Kräfte, die seitlich auf das Fahrzeug wirken. Die Reibung zwischen den Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche, die an den so genannten „Reifenkontaktflächen" stattfindet, erzeugt diese Kräfte, gelegentlich jedoch mag die Reibung nicht ausreichen und das Fahrzeug wird rutschen und eventuell außer Kontrolle geraten, insbesondere, wenn es von einer Person mit ungenügendem Fahrgeschick betrieben wird. Andererseits können die Reibungskräfte an den Reifenkontaktflächen ein Rutschen verhindern, aber die in der Kurve erzeugte Zentripetalkraft erzeugt ein Moment um den Schwerpunkt des Fahrzeugs, das ausreicht, das Fahrzeug umstürzen zu lassen.
  • Die Automobilhersteller haben sich den VDC-Systemen zugewandt, um einen Kontrollverlust von Fahrzeugen in Kurven zu verhindern. Das typische VDC-System stützt sich auf einen Giersensor, der die Rate der Veränderung des Gierens (Rotation des Fahrzeugs um seine vertikale Achse) misst, und einen Querbeschleunigungssensor, um die Zentripetalkraft, die auf das Fahrzeug als Folge des Durchfahrens einer Kurve wirkt, zu messen. Ein VDC-System berücksichtigt auch die Winkelgeschwindigkeit der Straßenräder, die Stellung des Lenkrads und die von dem Motor erzeugte Leistung. Das typische VDC-System analysiert diese Informationen und moduliert den Betrieb sowohl des Motors als auch der Bremsen, um eine bessere Kontrolle des Fahrzeugs in der Kurve aufrecht zu erhalten.
  • Weiter fortgeschrittene VDC-Systeme berücksichtigen bei der Echtzeitanalyse auch geschätzte Lasten an den einzelnen Rädern und versuchen auf diese Weise die Zustände an den Reifenkontaktflächen zu bewerten. Jedoch erfährt jede Reifenkontaktfläche beim Durchfahren einer Kurve Kräfte und Drehmomente, die nicht von einfachen analytischen Methoden erfasst werden können. Daher liefert beispielsweise die Messung der Auslenkung eines Stoßdämpferkolbens nicht sehr verlässliche Hinweise auf die Zustände, die an der Reifenkontaktfläche unterhalb dieses Stoßdämpfers herrschen. Sicherlich liefert es keinen Hinweis auf das Drehmoment an der Reifenkontaktfläche und noch weniger auf den Ort, an dem die Resultierende der Kraft auf die Reifenkontaktfläche wirkt. Es gibt Lageranordnungen, die die Verwendung von Dehnmessstreifen umfassen, um gewisse Informationen hinsichtlich unterschiedlicher Lagerbelastungen zu liefern. Beispielsweise verwendet ein Wälzlager, das in dem US-Patent 5,140,849 vom 25. August 1992 beschrieben ist, zwei Dehnmessstreifen, um die allgemeinen auf das Lager wirkenden Lasten zu überwachen. Dieses Lager ist jedoch nicht dazu in der Lage, die vielfältigen Daten zu liefern, die von fortgeschrittenen VDC-Elektroniksystemen oder von den prozessorgesteuerten Systemen in der Walzwerkindustrie oder der Werkzeugmaschinenindustrie benötigt werden. US-Patent 4,748,844 beschreibt eine Lasterfassungsvorrichtung, die eher die Automobilindustrie betrifft. Diese Vorrichtung besteht aus einer mehrkomponenten Lastzellenstruktur, die an der Nabe, an der ein Straßenrad montiert wird, befestigt ist, wobei die Lastzellenstruktur derart befestigt ist, dass sie zusammen mit dem Reifen des Rads rotiert. Während diese Vorrichtung einige Signalvorzüge aufweist, kann diese Vorrichtung nicht Signale bereitstellen, die sämtliche Lasten und Drehmomente anzeigt, die für die ordentliche Funktion eines fortgeschrittenen VDC-Elektroniksystems erforderlich sind. Insbesondere ordnet diese Vorrichtung alle ihrer Dehnmess streifen in lediglich einer Ebene an, die senkrecht zu der Drehachse des Rads verläuft. Als Folge hiervon sind die Signale der Dehmessstreifen dieser Vorrichtung nicht dazu geeignet, die Kräfte festzustellen, die ein Seitwärtsrutschen eines Fahrzeugs oder ein Umstürzen eines Fahrzeugs verursachen können.
  • Während die Automobilindustrie fortwährend elektronische Vorrichtungen entwickelt, die dem Fahrer durch unterschiedliche Kombinationen von Bremsbetätigung und fortwährender Fahrwerkseinstellung helfen, Kontrolle über sein Fahrzeug zu behalten, erfordern die weiter fortgeschrittenen dieser Systeme daher verlässliche Eingangssignale, die das gesamte Spektrum der Belastung widerspiegeln, die ein Hinweis auf die Lasten sind, die auf die Reifenkontaktfläche wirken.
  • US 4,821,582 beschreibt eine Reifentestvorrichtung, die zur Bestimmung der auf einen Reifen wirkenden Lasten verwendet wird. Die Vorrichtung weist ein Lager auf, das die Rotation eines Reifens um eine Achse ermöglicht, die sich durch einen Belastungsmesswandler erstreckt, der innere und äußere Gehäuse umfasst. Das Lager ist in dem inneren Gehäuse angeordnet, während das äußere Gehäuse mit einem Messgerättragarm verbunden ist. Die zwei Gehäuse sind über radial ausgerichtete Spinnen oder Scherträger miteinander verbunden. Diese Träger verbiegen sich und diese Eigenschaft wird von Dehnungsmessstreifen auf den Scherträgern erfasst.
  • Auf ähnliche Weise verwenden die Walzwerk- und Werkzeugmaschinen-Industrien unterschiedliche Arten von Prozesssteuerungen, die die Überwachung von Lasten auf Lagern erfordern. Im Speziellen erfordern Walzwerke Lagerrückmeldungen betreffend Anzeichen eines Antriebsriemenschlupfes an den Walzen oder Anzeichen, dass ein spezifischer Satz von Walzen höhere Belastungen erfährt. Computergesteuerte Werkzeugmaschinen müssen die Lasten, die ein eine Spindel tragendes Lager erfährt, überwachen, um zu beurteilen, ob Schneid- oder Bohrwerkzeuge stumpf geworden sind oder ob die Schneid- oder Bohrgeschwindigkeiten die für den Bearbeitungsvorgang vorgegebenen Grenzen überschreiten.
  • Gemäß der vorliegenden Anmeldung ist eine Straßenradanordnung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei die Anordnung eine Komponente für das Aufhängungssystem des Kraftfahrzeugs, ein in Nachbarschaft zu der Aufhängungskomponente angeordnetes Straßenrad des Fahrzeugs und eine Lageranordnung, die das Straßenrad mit der Aufhängungskomponente verbindet, aufweist, um eine Rotation des Straßenrads um eine Achse zu ermöglichen und Lasten zwischen dem Straßenrad und der Aufhängungskomponente zu übertragen, wobei den Kontakt des Rads mit einer Straße reflektierende Kräfte erfasst werden, wobei die Lageranordnung umfasst:
    eine Nabe, an der das Straßenrad befestigt ist, wobei die Nabe eine entlang ihrer Achse angeordnete Spindel aufweist,
    erste und zweite innere, auf der Spindel der Nabe angeordnete Laufflächen, wobei die inneren Laufflächen nach außen, weg von der Achse weisen und bezüglich der Achse in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind,
    ein Gehäuse, das die inneren Laufflächen umschließt und in Umfangsrichtung und im Wesentlichen axial ausgerichtete Außen- und Innenflächen aufweist, die nach außen weg von und nach innen hin zu der Achse weisen, und einen Flansch, der nach außen weg von der in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außenfläche absteht, wobei das Gehäuse mit seinem Flansch an der Aufhängungskomponente befestigt ist und wobei die in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außen- und Innenflächen und der Flansch Sensorflächen am Gehäuse bilden,
    erste und zweite äußere Laufflächen, die am Gehäuse vorgesehen und nach innen, zu der Achse und den inneren Laufflächen hingewandt sind, wobei die erste äußere Lauffläche zu der ersten inneren Lauffläche hingewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist und die zweite äußere Lauffläche zu der zweiten inneren Lauffläche hingewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist,
    erste Wälzkörper, die in einer Reihe zwischen den ersten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen, und zweite Wälzkörper, die in einer Reihe zwischen den zweiten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen, wodurch die Nabe sich mit minimaler Reibung in dem Gehäuse drehen kann und die einzelnen Wälzkörper auf den Laufflächen abrollen, um zwischen dem Gehäuse und der Nabe radiale Lasten und in beide Axialrichtungen weisende Drucklasten zu übertragen und Spannungen in das Gehäuse zu leiten, die durch Verformungen der Sensorfläche reflektiert werden, und Dehnungsmessstreifen, die an mehreren Orten auf der Sensorfläche des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Dehnungsmessstreifen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass Dehnungen der Sensorfläche in Umfangs- und Axialrichtung erfasst werden.
  • Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Straßenrads und zeigt mehrere auf dieses wirkende Kräfte und Drehmomente;
  • 2 ist eine Schnittansicht einer Lageranordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und ein Ausführungsbeispiel dieser darstellt;
  • 3 ist eine Draufsicht auf eines der Sensormodule für die Lageranordnung;
  • 4 ist eine Draufsicht auf einen Sensor für das Sensormodul der 3;
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der Lageranordnung;
  • 6 ist eine Stirnseitenansicht eines Gehäuses für eine abgeänderte Lageranordnung;
  • 7 ist eine abgerollte Ansicht, die die Sensormodule der abgeänderten Lageranordnung in einer einzigen Ebene zeigt; und
  • 8 ist eine Stirnseitenansicht eines Gehäuses für eine weitere abgeänderte Lageranordnung.
  • Beste Art der Ausführung der Erfindung
  • Bezug nehmend auf die Zeichnung erfährt ein Straßenrad W (1), welches ein Automobil auf einer Straßenoberfläche abstützt, mehrere Kräfte und Drehmomente, wenn das Rad W entlang der Straßenoberfläche rollt. Zunächst ist dies die Vertikalkraft Fv, die allgemein für das Gewicht des Fahrzeugs steht und jegliche Trägheitskräfte, die durch Unregelmäßigkeiten in der Straßenoberfläche und durch Bremsen erzeugt werden. Das Rad W erfährt auch horizontale Kräfte Fh, die allgemein in der Bewegungsrichtung des Rads wirken. Weiterhin gibt es Axiallasten Ft, welches axial ausgerichtete Kräfte sind, d. h. in der Richtung der Drehachse X. Dann gibt es das vertikale Drehmoment Tv, das heißt Drehmoment um eine Achse, die vertikal durch das Rad W tritt und das gelegentlich als Lenkmoment bezeichnet wird.
  • Schließlich gibt es ein horizontales Drehmoment Th, gelegentlich als Kippmoment bezeichnet, welches um eine Achse wirkt, die horizontal durch das Rad W in Fortbewegungsrichtung des Rads W wirkt. Das Rad W weist eine Felge 2 und einen auf der Felge 2 montierten Reifen 4 auf. Der Reifen 4 berührt die Straßenoberfläche entlang einer Reifenkontaktfläche 6, wo der Reifen 4 die Kräfte F und Drehmomente T erfährt. Die Größe der Kräfte und Drehmomente ist ein Hinweis auf die Zustände an der Reifenkontaktfläche 6 und, wenn zusammen mit anderen Umständen in Echtzeit ausgewertet, liefert eine gute Repräsentation der Fähigkeit des Fahrzeugs unter Kontrolle zu verbleiben, oder, andererseits, außer Kontrolle zu geraten.
  • Das Rad W ist mit einer Komponente C (2) des Aufhängungssystems des Fahrzeugs an einer Lageranordnung A verbunden, was es dem Rad W ermöglicht, um die Achse X zu rotieren, während Belastungen von dem Rad W auf die Komponente C des Aufhängungssystems übertragen werden. Typischerweise ist die Komponente C des Aufhängungssystems ein Achsschenkel. Die Lageranordnung A umfasst eine Nabe 12, an der das Rad W befestigt ist, ein Gehäuse 14, das an der Komponente C des Aufhängungssystems befestigt ist, und ein Lager 16, das zwischen der Nabe 12 und dem Gehäuse 14 angeordnet ist und es der Nabe 12 ermöglicht, an dem Gehäuse 14 mit minimaler Reibung zu rotieren. Zur Aufnahme des Gehäuses 14 ist die Komponente C des Aufhängungssystems mit einer Durchtrittsöffnung 18 und einer bearbeiteten Stirnfläche 20 versehen. Das Gehäuse 14 passt überwiegend teilweise in die Bohrung 18 und liegt an der Stirnfläche 20 an. Das Lager 16 ist innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet. Die Nabe 12 erstreckt sich in das Lager 16 hinein, wo sie sowohl axial als auch radial festgelegt ist.
  • Im Einzelnen umfasst die Nabe 12 einen Flansch 26 und eine Hohlspindel 28, die von dem Flansch 26 an einer Schulter 30, die sich an der hinteren Stirnfläche des Flansches 26 befindet, übersteht. Außerhalb der Schulter 30 ist der Flansch 26 mit Radbolzen 32 versehen, die axial von seiner anderen Stirnfläche abstehen und durch die Felge 2 des Straßenrads W hindurch treten. Jenseits des Rads W sind Radmuttern 34 auf die Bolzen 32 aufgeschraubt, um das Rad W an der Nabe 12 zu befestigen.
  • An ihrem dem Flansch 26 gegenüberliegenden Ende ist die Spindel 28 gestaucht, das heißt nach außen verformt, wobei ein geformtes Ende 36 mit einer Anschlagsfläche 38 gebildet wird, die senkrecht zu der Achse X verläuft und der Schulter 30 zugewandt ist. Das Lager 16 ist zwischen der Schulter 30 an dem Flansch 26 und der Stirnfläche 38 des geformten Endes 36 eingefangen.
  • Das Lager 16 weist einen inneren Lagerring in Form zweier Konusse 40 auf, die um die Spindel 28 passen, wobei zwischen jedem Konus 40 und der Spindel 28 ein Presssitz gegeben ist. Jeder Konus 40 weist eine konische Lauffläche 42 auf, die nach außen, weg von der Achse X gerichtet ist, eine Anschlagrippe 44 am großen Ende ihrer Lauffläche 42 und eine rückseitige Stirnfläche 46, die am Ende der Anschlagrippe 44 senkrecht bezüglich der Achse X angeordnet ist. Der innen liegende Konus 40 ist geringfügig länger als der außen liegende Konus 40, aufgrund einer zylindrischen Konusverlängerung 48, die über das kleine Ende seiner Lauffläche 42 übersteht. Die Konusverlängerung 48 kann als Sitz für ein Zielrad dienen, das von einem Geschwindigkeitssensor in dem Gehäuse 14 überwacht wird. Der innen liegende Konus 40 liegt mit seiner Konusverlängerung 48 an dem kleinen Ende des außen liegenden Konus 40 entlang der Spindel 28 an, das heißt die zwei Konusse 40 liegen mit ihren vorderen Stirnseiten aneinander an. Die rückwärtige Stirnfläche 46 des außen liegenden Konus 40 liegt an der Schulter 30 an, die sich entlang dem Flansch 26 erstreckt, während die rückwärtige Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 an der Stirnfläche 38 des formten Endes 36 anliegt.
  • Zusätzlich zu den Konussen 40 weist das Lager 16 konische Wälzkörper 54 auf, die in zwei Reihen angeordnet sind, wobei eine separate Reihe um je den Konus 40 herum angeordnet ist. Tatsächlich sind die Wälzkörper 54 um die Laufflächen 42 der Konusse 40 herum angeordnet, wobei ein im Wesentlichen linienförmiger Kontakt zwischen den konischen Mantelflächen der Wälzkörper 54 und den Laufflächen 42 besteht. Die großen Stirnflächen der Wälzkörper 54 liegen an den Anschlagrippen 46 an. Die Wälzkörper 54 einer jeden Reihe befinden sich im Wesentlichen in einer Scheitelpunktlage, das heißt dass die Einhüllenden ihre konischen Mantelflächen ihre Scheitelpunkte an einem gemeinsamen Punkt entlang der Achse X aufweisen. Jede Reihe der Wälzkörper 54 weist einen Käfig 56 auf, um den erforderlichen Abstand zwischen den Wälzkörpern 54 dieser Reihe aufrecht zu erhalten.
  • Das Gehäuse 14 umgibt die Spindel 28 sowie die zwei Konusse 40 und die zwei Reihen Wälzkörper 54. Es bildet einen Teil des Lagers 16, indem es konische Laufflächen 58 aufweist, die nach innen in Richtung der Achse X gewandt sind. In diesem Sinne bildet das Gehäuse 14 den äußeren Lagerring des Lagers 16. Die Laufflächen 58 am Gehäuse 14 verjüngen sich abwärts in Richtung einer zylindrischen Zwischenfläche 59, die sie voneinander trennt. Die Wälzkörper 54 liegen ebenfalls an den Laufflächen 58 des Gehäuses 14 an, wobei ein im Wesentlichen linienförmiger Kontakt zwischen den Laufflächen 58 und den konischen Mantelflächen der Wälzkörper 54 besteht. An ihren großen Enden münden die Laufflächen 58 in kurze Endbohrungen 60, in denen sich die Anschlagrippen 44 der zwei Konusse 40 befinden. Somit weist jedes Ende des Lagers 16 einen ringförmigen Raum auf, wobei sich der Raum zwischen der Anschlagrippe 44 an diesem Ende und der umgebenden Oberfläche der Endbohrung 60 erstreckt.
  • Das Gehäuse 14 weist eine Außenfläche 62 auf, die im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, sowie einen dreieckigen oder rechteckigen Flansch 64, der über die Fläche 62 etwa auf halbem Weg zwischen ihren Enden übersteht. In dem Bereich hinter dem Flansch 64 beträgt der Durchmesser der Fläche 62 etwas weniger als der Durchmesser der Durchtrittsöffnung 18 in der Komponente C des Aufhängungssystems. Diese Partie des Gehäuses 14 passt mit etwas Spiel in die Bohrung 18, während die hintere Stirnfläche des Flansches 64 an der Stirnfläche 20 der Komponente C anliegt. Das Gehäuse 14 ist mit der Komponente C mittels Bolzen 66, die durch letztere hindurchtreten und in den Flansch 64 an der ersteren einschraubbar sind, fest verbunden.
  • Die ringförmigen Räume an den Enden des Lagers 16 sind mit Dichtungen 68 verschlossen, die in die Endbohrungen 60 des Gehäuses 14 und um die Anschlagrippen 44 der Konusse 40 herum passen. US-Patent 5,022,659 beschreibt geeignete Dichtungen für beide Orte.
  • Das geformte Ende 36 vereinheitlicht die Anordnung A. Jedoch weist die Nabe 12 nicht immer das geformte Ende 36 auf. Ursprünglich erstreckt sich die Spindel 28 der Nabe 12 in Form einer zylindrischen Fläche von der Schulter 30 bis hin zu ihrem freien Ende. Die zwei Konusse 40 mit ihren Wälzkörpern 54 und mit dem zwischen den Wälzkörpern 54 der zwei Reihen eingeschlossenen Gehäuse 14 werden über die zylindrische Fläche der Spindel 28 montiert und soweit vorgeschoben, bis die hintere Stirnfläche 46 des außen liegenden Konus 40 an der Schulter 30 am anderen Ende der Spindel 28 anliegt. Wenn sich die Konusse 40 in dieser Stellung befinden, ragt eine Partie der Spindel 28 über die hintere Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 über. Diese Partie wird in das geformte Ende 36 umgeformt. Die PCT-Anmeldung GB 98/01823 (internationale Veröffentlichung Nr. WO98/58762 ) beschreibt ein Drehumformverfahren zum Stauchen des zunächst geraden Endes der Spindel 28 und Umwandlung dieses Endes in das integral geformte Ende 36, was im Ergebnis die Vereinheitlichung der gesamten Anordnung A bewirkt.
  • Die zwei Konusse 40 können auch auf andere Weise auf der Spindel 28 gesichert werden. Beispielsweise kann das Ende der Spindel 28 ein Gewinde aufweisen und eine Mutter, die in das Gewinde eingreift und gegen die hintere Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 verschraubt wird.
  • Wenn die Anordnung A derart vereinheitlicht ist, befindet sich das Lager 16 in einem Zustand leichter Vorspannung. Tatsächlich bestimmt der Abstand zwischen den inneren Laufflächen 42 der Konusse 40 die Einstellung des Lagers 16, und dieser Abstand hängt von der Länge der Konusverlängerung 48 des innen liegenden Konus 40 ab, insofern als das Drehumformverfahren, welches das geformte Ende 46 herstellt, den innen liegenden Konus 40 mit hinreichender Kraft gegen den außen liegenden Konus 40 treibt, um ein Anschlagen der Konusverlängerung 48 an dem Ersteren an dem kleinen Ende des Letzteren zu bewirken. Eine auf die Spindel 28 aufgeschraubte Mutter, die fest gegen die hintere Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 geschraubt ist, wird die gleiche Wirkung haben.
  • Die Kräfte Fv, Fh und Ft und die Drehmomente Tv und Th, die auf das Rad W wirken, spiegeln die Zustände an der Reifenkontaktfläche 6 wider. Beispielsweise bedeutet eine äußere Druckbelastung Ft von Null die Bewegung entlang einer geraden Linie und wird für etwas mehr als die Vorspannung des Lagers 16 stehen. Andererseits wird eine größere, unausgeglichene Belastung Ft, das heißt mehr in einer Richtung als in der anderen, eine Kurvenfahrt oder möglicherweise eine signifikante Neigung des Fahrzeugs zu einer Seite oder der anderen anzeigen. Eine Erhöhung der Vertikalkraft Fv wird eine Kurvenfahrt oder die Anwendung der Bremsen anzeigen, wenn das Rad W sich vorne am Fahrzeug befindet.
  • Die Kräfte Fv, Fh und Ft und die Drehmomente Tv und Th, die das Rad W erfährt, werden auf die Komponente C des Aufhängungssystems durch die Lageranordnung A übertragen, so dass die Lageranordnung A diese Kräfte F und Drehmomente T ebenfalls erfährt. Die Kräfte F und Drehmomente T drücken sich durch geringfügigste Ausdehnungen und Stauchungen des Gehäuses 14 aus, und diese geringfügigsten Ausdehnungen und Stauchungen werden von Sensormodulen M (5) erfasst, welche an der äußeren Fläche 62 des Gehäuses 14 unmittelbar außerhalb der beiden Laufflächen 58 angeordnet sind. Tatsächlich übertragen die konischen Wälzkörper 54 die Kräfte F und Drehmomente T von den Konussen 40 des Gehäuses 14 und übertragen die Ausdehnungen und Stauchungen in dem Lager 16 während sie entlang der Laufflächen 58 abrollen. Diese Ausdehnungen und Stauchungen werden auf die äußere Fläche 62 übertragen und zu den Orten der Sensoren M entlang dieser Fläche 62.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst jedes Sensormodul M (3 und 4) einen Dehnungsmessstreifen 70, der im Wesentlichen aus einer Trägermatrix 72 und zwei Folienwiderstandselementen 74 und 76 besteht. Es sollte erwähnt werden, dass, während die Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels die Verwendung von gebundenen Widerstandsdehnmessstreifen beschreibt, die über sich verändernde Widerstandswerte funktionieren, andere Arten von Stresssensoren, wie beispielsweise mechanische Sensoren, fotoelektrische Sensoren, optische Sensoren, kapazitive Sensoren, induktive Sensoren und Halbleiter-Sensoren ebenso geeignet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Trägermatrix 72 jedoch aus einem geeigneten Polymer gebildet, wie beispielsweise einem Polyimid, das seinerseits in der Lage ist, sich zusammen mit dem Gehäuse 14 auszudehnen und zu kontrahieren. Es ist mittels eines geeigneten Klebstoffs mit der äußeren Fläche des Gehäuses 14 verbunden. Jedes Folienwiderstandselement 74 und 76 ist aus einer geeigneten Metallfolie gebildet, wie beispielsweise Konstantan-Folie, die mit der Trägermatrix 72 verbunden ist, so dass sie die gleichen Ausdehnungen und Kontrahierungen wie die Matrix 72 erfährt. Jedes Widerstandselement 74 und 76 weist mehrere parallele Schenkel 78 und Endschleifen 80 auf, die die Enden der benachbarten Schenkel 78 miteinander verbinden. Die äußersten Schenkel 78 werden an Kontaktfeldern 82 terminiert. Die Elemente 74 und 76 sind, auch wenn sich beide auf der Matrix 72 befinden, voneinander elektrisch isoliert. Weiterhin sind die Schenkel 78 des Elements 74 in einem Winkel von 90° zu den Schenkeln 78 des Elements 76 angeordnet. Der Widerstand eines jeden Schenkels 78 verändert sich, wenn er die Ausdehnungen und Kontrahierungen durchführt, die die Trägermatrix 72 erfährt, und der Widerstand eines jeden Elements 74 und 76 erfährt eine noch größere Veränderung des Widerstands, insofern als es aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten Schenkeln 78 besteht. Die Matrix 72 isoliert die Elemente 74 und 76 elektrisch von dem Metallgehäuse 14, jedoch überträgt sie die geringfügigen Ausdehnungen und Kontrahierungen des Gehäuses 14 auf die Schenkel 78 der Elemente 74 und 76.
  • Zusätzlich zu seinem Sensor 70 weist jedes Sensormodul M einen Temperaturkompensator 84 und einen Anschlussblock 86 auf. Der Temperaturkompensator 84 sollte mit der gleichen Temperatur wie der Sensor 70 arbeiten, und zu diesem Zweck sollte er an dem Gehäuse 14 neben dem Sensor 70 angeordnet sein, sogar auf der Trägermatrix 72 des Sensors 70. In diesem Zusammenhang verändern sich die Widerstände der Widerstandselemente 74 und 76 nicht nur mit den Ausdehnungen und Kontrahierungen der Matrix 72, sondern auch mit der Temperatur. Der Temperaturkompensator 84 ist mit den Widerstandselementen 74 und 76 verbunden, entweder durch einen Brückenschaltkreis oder durch einen Prozessor, so dass er die Veränderungen der Widerstände der Elemente 74 und 76 aufgrund von Temperaturveränderungen kompensiert oder ausgleicht. Somit spiegeln die von den Widerstandselementen 74 und 76 gewonnenen Signale ausschließlich Veränderungen des Stresses wider. Der Anschlussblock 86 enthält Anschlüsse 88, mit denen die Kontaktfelder 82 der Widerstandselemente 74 und 76 verbunden sind und mit denen der Temperaturkompensator 84 ebenfalls verbunden ist, all diese über Leitungen. Die Anschlüsse 88 sind wiederum mit einem Prozessor zur Auswertung und Verarbeitung der von den Widerstandselementen 74 und 76 und des Temperaturkompensators 84 erzeugten Signale verbunden.
  • Vier Sensormodule M sind mit der Außenfläche 62 des Gehäuses 14 radial außerhalb der außen liegenden Fläche 58 in Winkelabständen von 90° angeordnet, vergleiche 5, wobei sich eines mit seinem Sensor 70 im oberen Scheitelpunkt der Fläche 62 befindet, ein weiteres mit seinem Sensor 70 unten an der Fläche 62 und die zwei weiteren mit ihren Sensoren 70 an den Seiten der Fläche 62 befinden. Die verbleibenden vier Sensormodule M sind ebenfalls an der Außenfläche 62 befestigt, jedoch befinden sich diese radial außerhalb der innen liegenden Lauffläche 58. Diese sind ebenfalls in 90° Winkelabständen angeordnet, mit ihren Sensoren 70 oben, unten und an den Seiten der Fläche 62. In anderen Worten sind die Sensoren 70 in zwei Reihen angeordnet, wobei sich die Sensoren in jeder Reihe bei 0°, 90°, 180° und 270° befinden, wobei 0° den oberen Scheitelpunkt bezeichnet. In jedem der Sensoren 70 der acht Module M erstrecken sich die Schenkel 78 des Widerstandselements 74 dieses Sensors 70 in Umfangsrichtung, während sich die Schenkel 78 des Elements 76 axial erstrecken.
  • Wenn das Straßenrad W über eine Straßenfläche rollt und die Komponente C des Aufhängungssystems mit sich trägt – so wie auch das gesamte Fahrzeug, dessen Teil die Komponente C ist – rotiert die Spindel 28 der Nabe 12 in dem Gehäuse 14. Die Konusse 40 des Lagers 16, die auf die Spindel 28 aufgepresst sind, rotieren ebenfalls. Die konischen Wälzkörper 54 der außen liegenden Reihe rollen auf der Lauffläche 42 des außen liegenden Konus 40 ab und auf der außen liegenden Lauffläche 58 des Gehäuses 14. Die konischen Wälzkörper 54 der inneren Reihe rollen auf der Lauffläche 42 des innen liegenden Konus 40 und der innen liegenden Lauffläche 58 des Gehäuses 16 ab. Während die Wälzkörper 54 zwischen ihren zugehörigen Laufflächen 42 und 58 abrollen, übertragen sie radiale Lasten zwischen den Konussen 40 und dem Gehäuse 14. Die radiale Last, die von irgendeinem Wälzkörper 54 auf die äußere Lauffläche 58 übertragen wird, entlang welcher er abrollt, bewirkt eine sehr geringe Verbiegung des Gehäuses 14, und diese Verbiegung wird, obwohl sie an der Lauffläche 58 auftritt, durch das Gehäuse 14 auf die äußere Fläche 62 übertragen und manifestiert sich als eine geringfügige Umfangsverlängerung und, etwas geringer, Axialverlängerung der Fläche 62 radial außerhalb der Kontaktlinie zwischen dem Wälzkörper 54 und der Lauffläche 58. Somit wird jedes Mal wenn ein belasteter Wälzkörper 58 zwischen einem Sensor 70 und der Achse X hindurch tritt die entlang seiner Lauffläche 58 auftretende Verformung auf die äußere Fläche 62 bei dem Sensor 70 übertragen, wo sie die parallelen Schenkel 78 der Widerstandselemente 74 des Sensors 70 dehnt und den Widerstand des Widerstandselements 76 erhöht. Die Größe der Veränderung des Widerstands hängt von der Belastung ab, da ein Wälzkörper, der mit einer großen Kraft gegen seine Lauffläche 58 gedrückt wird, eine größere Verformung erzeugen wird als einer, der mit einer geringeren Kraft gegen die Lauffläche drückt. Durch einen Vergleich der Verformung – und damit der Wälzkörperlasten –, die durch die Signale der Sensoren 70 wiedergegeben werden, können die Zustände an der Reifenkontaktfläche 6 in Echtzeit bestimmt werden.
  • Eine abgewandelte Lageranordnung B (6) stimmt mit der Lageranordnung A in jeder Hinsicht überein, außer der Anordnung der Sensormodule M. Bei dem Lager B sind die acht Sensormodule M an dem Flansch 64 des Gehäuses 16 in der Nähe der Außenfläche 62 befestigt, wo sie in einer einzigen Reihe an der nach außen weisenden Fläche des Flansches 64 angeordnet sind. Vier der Sensormodule M haben ihre Sensoren 70 in Winkelabständen von 90° um den Flansch herum angeordnet, wobei sich einer dieser Sensoren oben an dem Flansch 64 befindet, ein weiterer unten an dem Flansch 64 und die verbleibenden zwei an den Seiten des Flansches 64 – in anderen Worten bei 0°, 90°, 180° und 270° (7). Bei diesen Sensoren 70 erstrecken sich die Schenkel 78 ihrer Widerstandselemente 74 in Umfangsrichtung und die Schenkel 78 erstrecken sich parallel zu den Hauptachsen der Sensoren 70.
  • Bei einem Straßenrad W auf einer Nabe 12, die an ihrer Spindel 28 angetrieben wird, sind die verbleibenden vier Sensormodule M mit den Schenkeln 78 der Widerstandselement 74 und 76 ihrer Sensoren 70 in einen Winkel von 45° zu der Umfangsrichtung angeordnet. Eines dieser zusätzlichen Sensormodule M hat seinen Sensor 70 65° hinter dem Sensor 70 oben an dem Flansch 64 angeordnet, das heißt 65° hinter dem oberen Mittelpunkt (7). Ein weiterer der vier verbleibenden Sensormodule M hat seinen Sensor 70 25° vor dem oberen Mittelpunkt angeordnet, während noch ein weiteres seinen Sensor 70 65° vor dem oberen Mittelpunkt angeordnet hat. Noch ein weiteres hat seinen Sensor 70 155° vor dem oberen Mittelpunkt angeordnet. Die vier verbleibenden Sensoren 70, das heißt diejenigen, deren Schenkel 78 der Widerstandselemente 45° zu der Umfangsrichtung angeordnet sind, messen Scherkräfte innerhalb des Gehäuses 14.
  • Eine weitere abgewandelte Lageranordnung C (8) stimmt ebenfalls in jeder Hinsicht mit der Lageranordnung A überein, abgesehen von der Anordnung der Sensoren 70 der acht Sensormodule M. Bei der Lageranordnung C sind die Sensormodule M entlang der Zwischenfläche 59, die sich zwischen den zwei Laufflächen 58 des Gehäuses 14 befindet, angeordnet und an dieser befestigt. Vier der Sensormodule M weisen ihre Sensoren 70 bei 0°, 90°, 180° und 270° entlang der Fläche 59 auf, wobei sich der Scheitelpunkt der Fläche 59 bei 0° befindet. Bei diesen Sensoren 70 erstrecken sich die Schenkel 78 ihrer Widerstandselemente 74 in Umfangsrichtung und die Schenkel 78 ihrer Widerstandselemente 76 erstrecken sich axial. Die verbleibenden vier Sensormodule M haben ihre Sensoren 70 bei 25°, 65°, 155° und 295° bezüglich des oberen Scheitelpunkts angeordnet, gemessen in Vorwärts- und dann Umfangsrichtung. Die Schenkel 78 der Widerstandselemente 74 und 76 der verbleibenden Sensoren 70 sind 45° bezüglich der Umfangsrichtung angeordnet und ebenfalls 45° bezüglich der Axialrichtung. Kurz gesagt, entspricht die Anordnung der Sensoren 70 entlang der Zwischenfläche 59 der Anordnung der Sensoren 70 entlang des Flansches 64 der Lageranordnung B, und im Wesentlichen trifft dies auch bezüglich der Orientierung der Widerstandselemente 74 und 76 der Sensoren 70 zu (7).
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel entspricht der Lageranordnung A in jeder Hinsicht, außer dass kein Straßenrad W, keine Felge 2 oder Nabe 12 vorhanden ist. Stattdessen ist die Lageranordnung A an einer beliebigen Einrichtung mit rotierender Welle angeordnet und die Lagersensoren werden dazu verwendet, elektrische Signale bereitzustellen, die ein Maß für Umfangsmomente, Umfangs-Axialmomente, Axialmomente und Scherbelastungen des Lagers im Allgemeinen sind. Beispiele für Anwendungen, die derartige Informationen benötigen würden, sind Prozesssteuerungen für Walzwerke und Prozesssteuerungen für Werkzeugmaschinen. Es wird für den Fachmann der Lagerkonstruktion und Lageranwendung offensichtlich sein, dass es viele weitere Anwendungen gibt, bei denen die Belastungen, denen das Lager ausgesetzt ist, die Verwendung eines Lagers erforderlich machen würde, das in der Lage ist, elektrische Signale zur Überwachung dieser Lagerbelastungen bereitzustellen.

Claims (11)

  1. Straßenradanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Anordnung eine Komponente (C) für das Aufhängungssystem des Kraftfahrzeugs, ein in Nachbarschaft zu der Aufhängungskomponente angeordnetes Straßenrad (W) des Fahrzeugs und eine Lageranordnung (A), die das Straßenrad mit der Aufhängungskomponente verbindet, aufweist, um eine Rotation des Straßenrads um eine Achse (X) zu ermöglichen und Lasten zwischen dem Straßenrad und der Aufhängungskomponente zu übertragen, wobei den Kontakt des Rads mit einer Straße reflektierende Kräfte erfasst werden, wobei die Lageranordnung umfasst: eine Nabe (12), an der das Straßenrad befestigt ist, wobei die Nabe eine entlang ihrer Achse angeordnete Spindel (28) aufweist, erste und zweite innere, auf der Spindel (28) der Nabe angeordnete Laufflächen (42), wobei die inneren Laufflächen nach außen, weg von der Achse (X) weisen und bezüglich der Achse in entgegen gesetzte Richtungen geneigt sind, ein einteiliges Gehäuse (14), das die inneren Laufflächen (42) umschließt und in Umfangsrichtung und im Wesentlichen axial ausgerichtete Außen- und Innenflächen (62, 59) aufweist, die nach außen weg von und nach innen hin zu der Achse (X) weisen, und einen Flansch (64), der nach außen weg von der in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außenfläche absteht, wobei das Gehäuse (14) mit seinem Flansch (64) an der Aufhängungskomponente (C) befestigt ist und wobei die in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außen- und Innen flächen (62, 59) und der Flansch (64) Sensorflächen am Gehäuse bilden, erste und zweite äußere Laufflächen (58), die am Gehäuse (14) vorgesehen und nach innen, zu der Achse und den inneren Laufflächen hin gewandt sind, wobei die erste äußere Lauffläche zu der ersten inneren Lauffläche (42) hin gewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist und die zweite äußere Lauffläche zu der zweiten inneren Lauffläche (42) hin gewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist, erste Wälzkörper (54), die in einer Reihe zwischen den ersten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen und zweite Wälzkörper (54), die in einer Reihe zwischen den zweiten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen, wodurch die Nabe (12) sich mit minimaler Reibung in dem Gehäuse (14) drehen kann und die einzelnen Wälzkörper (54) auf den Laufflächen abrollen, um zwischen dem Gehäuse und der Nabe Radiallasten und in beide Axialrichtungen weisende Drucklasten zu übertragen und Spannungen in das Gehäuse (14) zu leiten, die durch Verformungen der Sensorfläche reflektiert werden, und Dehnungsmessstreifen (70), die an mehreren Orten auf der Sensorfläche des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Dehnungsmessstreifen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass Dehnungen der Sensorfläche in Umfangs- und Axialrichtung erfasst werden.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der mindestens einer der Dehnungsmessstreifen (70) derart angeordnet ist, dass schräg zu den Umfangs- und Axialrichtungen verlaufende Dehnungen erfasst werden.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) in Modulen (M) angeordnet sind, die an der Sensorfläche befestigt sind, und jedes Modul enthält weiterhin einen Temperaturkompensator (84).
  4. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Dehnungsmessstreifen in Modulen (M) angeordnet sind, die an der Sensorfläche befestigt sind, und bei einigen der Module (M) sind die Dehnungsmessstreifen zur Erfassung von Scherkräften schräg angeordnet.
  5. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) an einer in Umfangs- und Axialrichtung verlaufenden Fläche (62) des Gehäuses (14) angeordnet sind, die nach außen, weg von der Achse (X) gewandt ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) an einer in Umfangs- und Axialrichtung verlaufenden Fläche (59) des Gehäuses (14) angeordnet sind, die nach innen, zu der Achse (X) hin gewandt ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) an dem Flansch (64) des Gehäuses angeordnet sind.
  8. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) bei 0°, 90°, 180° und 270° bezüglich einer Vertikalen angeordnet sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der die bei 0°, 90°, 180° und 270° angeordneten Dehnungsmessstreifen (70) derart ausgerichtet sind, dass sie Dehnungen sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung erfassen.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, bei der mindestens ein weiterer Dehnungsmessstreifen (70) in Umfangsrichtung versetzt zu den bei 0°, 90°, 180° und 270° vorhandenen Dehnungsmessstreifen angeordnet ist und Scherkräfte erfasst.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der der versetzt angeordnete Dehnungsmessstreifen schräg zu den Umfangs- und Axialrichtungen gerichtete Scherkräfte erfasst.
DE60131571T 2000-04-10 2001-03-21 Lageranordnung mit sensoren zur überwachung von lasten Expired - Fee Related DE60131571T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US54712900A 2000-04-10 2000-04-10
US547129 2000-04-10
PCT/US2001/009159 WO2001077634A2 (en) 2000-04-10 2001-03-21 Bearing assembly with sensors for monitoring loads

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60131571D1 DE60131571D1 (de) 2008-01-03
DE60131571T2 true DE60131571T2 (de) 2008-10-23

Family

ID=24183447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60131571T Expired - Fee Related DE60131571T2 (de) 2000-04-10 2001-03-21 Lageranordnung mit sensoren zur überwachung von lasten

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6658943B2 (de)
EP (1) EP1358453B1 (de)
JP (1) JP2003530565A (de)
KR (1) KR100445049B1 (de)
AU (1) AU2001250927A1 (de)
DE (1) DE60131571T2 (de)
WO (1) WO2001077634A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017005238A1 (de) * 2015-07-07 2017-01-12 Brit Hacke Vorrichtung zur zustandsüberwachung

Families Citing this family (99)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6631337B2 (en) * 2000-04-26 2003-10-07 Mts Systems Corporation Modulation error compensation for a rotating load cell
US8834027B2 (en) 2011-01-13 2014-09-16 Fouad Y. Zeidan Damper having modular flexible ligaments and variable gaps
DE10102236A1 (de) * 2001-01-19 2002-08-01 Bosch Gmbh Robert Anordnung zur Erfassung physikalischer Messgrößen, insbesondere an einem Radlager eines Kraftfahrzeuges
FR2839553B1 (fr) * 2002-05-10 2005-03-18 Roulements Soc Nouvelle Procede de calcul des efforts appliques entre un element tournant et un support sur lequel il tourne
ITTO20020653A1 (it) * 2002-07-24 2004-01-26 Skf Ind Spa Monitoraggio del carico assiale gravante sul mozzo della ruota di un veicolo a motore
DE10303876A1 (de) * 2003-01-31 2004-08-12 Fag Kugelfischer Ag Messanordnung, Wälzlager und Verfahren zur Ermittlung der Bewegungsrichtung eines Wälzlagerbauteils
DE10304592A1 (de) * 2003-02-05 2004-08-19 Fag Kugelfischer Ag Messlager mit integriertem Datenerfassungs- und verarbeitungssystems
JP4433688B2 (ja) 2003-02-12 2010-03-17 日本精工株式会社 転がり軸受ユニットの荷重測定装置及び荷重測定用転がり軸受ユニット
EP1621858A4 (de) * 2003-05-06 2011-08-17 Ntn Toyo Bearing Co Ltd Sensorintegrierte lagerung für ein rad
DE112004001197T5 (de) * 2003-07-04 2006-06-08 Ntn Corp. Radträger-Lager-Anordnung mit eingebautem Lastsensor
US7520183B2 (en) * 2003-08-29 2009-04-21 Jtekt Corporation Hub unit with sensor
US7359787B2 (en) 2003-09-03 2008-04-15 Nsk Ltd. Stability control apparatus and load measuring instrument for wheel supporting rolling bearing unit
DE10344234A1 (de) * 2003-09-24 2005-05-12 Fag Kugelfischer Ag Datenerfassungs- und Verarbeitungssystem für ein Wälzlager und Wälzlager mit einem solchen System
EP2508859A1 (de) * 2003-12-15 2012-10-10 Aktiebolaget SKF Vorrichtung zum Messen der Belastung, die auf ein Lager einwirkt, Wälzlager mit Belastungsmessvorrichtung und Drehtrommelmaschine
FR2869981B1 (fr) * 2004-05-04 2006-07-21 Snr Roulements Sa Roulement capteur de deformations comprenant quatre jauges de contraintes
US7497131B2 (en) 2004-11-22 2009-03-03 Jtekt Corporation Sensor-mounted roller bearing apparatus
JP2006258711A (ja) 2005-03-18 2006-09-28 Ntn Corp センサ付車輪用軸受
DE112006000667T5 (de) * 2005-03-18 2008-01-31 Ntn Corporation Radhaltelageranordnung mit einem integrierten Sensor
US7665372B2 (en) * 2005-04-27 2010-02-23 Jtekt Corporation Rolling bearing device with sensor and strain sensor
JP2008540962A (ja) * 2005-05-10 2008-11-20 ザ ティムケン カンパニー センサ装置一体型軸受アセンブリ
CN101198480B (zh) 2005-05-12 2011-10-19 蒂姆肯公司 具有载荷传感性能的轮端部及监控所述载荷的方法
JP4925625B2 (ja) * 2005-08-23 2012-05-09 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
JP4925624B2 (ja) * 2005-08-23 2012-05-09 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
WO2007018072A1 (ja) 2005-08-08 2007-02-15 Ntn Corporation センサ付車輪用軸受
WO2007023785A1 (ja) 2005-08-22 2007-03-01 Ntn Corporation センサ付車輪用軸受
US7240570B2 (en) * 2005-09-06 2007-07-10 The Timken Company Load-sensing bearing
EP1930708A1 (de) 2005-09-06 2008-06-11 Ntn Corporation Mit einem sensor ausgestattetes lager für ein rad
FR2893106B1 (fr) * 2005-11-09 2008-01-04 Snr Roulements Sa Roulement capteur de deformations comprenant au moins trois jauges de contrainte
JP5089041B2 (ja) 2005-12-08 2012-12-05 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
US7882752B2 (en) 2005-12-08 2011-02-08 Ntn Corporation Sensor-equipped bearing for wheel
JP2007198814A (ja) * 2006-01-25 2007-08-09 Jtekt Corp 車輪用転がり軸受装置
US20090180722A1 (en) * 2006-03-06 2009-07-16 The Timken Company Load sensing wheel end
US7856893B2 (en) 2006-03-08 2010-12-28 Ntn Corporation Bearing for wheel with sensor
WO2007105367A1 (ja) 2006-03-08 2007-09-20 Ntn Corporation センサ付車輪用軸受
JP2007292156A (ja) 2006-04-24 2007-11-08 Ntn Corp センサ付車輪用軸受
JP2007292158A (ja) 2006-04-24 2007-11-08 Ntn Corp センサ付車輪用軸受
US7686313B2 (en) * 2006-04-26 2010-03-30 The Timken Company Wheel end vented through sensor cable
WO2008026305A1 (en) 2006-08-25 2008-03-06 Ntn Corporation Sensor-equipped bearing for wheel
JP4931525B2 (ja) * 2006-09-14 2012-05-16 Ntn株式会社 インホイール型モータ内蔵センサ付き車輪用軸受装置
DE102006049494B3 (de) * 2006-10-17 2008-04-10 Benteler Automobiltechnik Gmbh Radaufhängung
JP5235306B2 (ja) * 2007-01-17 2013-07-10 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
WO2008087858A1 (ja) * 2007-01-17 2008-07-24 Ntn Corporation センサ付車輪用軸受
JP5147254B2 (ja) 2007-02-08 2013-02-20 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
WO2008117534A1 (ja) 2007-03-27 2008-10-02 Ntn Corporation センサ付車輪用軸受
US10808756B2 (en) 2007-04-13 2020-10-20 Waukesha Bearings Corporation Compliant bearing
US8845196B2 (en) 2007-04-13 2014-09-30 Jongsoo Kim Compliant bearing
JP5019988B2 (ja) 2007-07-31 2012-09-05 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
EP2184182B1 (de) 2007-07-31 2016-11-02 NTN Corporation Mit sensor ausgestattetes radlager
JP2009041704A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Jtekt Corp 転がり軸受装置
US8393793B2 (en) 2007-11-27 2013-03-12 Ntn Corporation Sensor-equipped bearing for wheel
JP5153373B2 (ja) 2008-02-06 2013-02-27 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
JP5094457B2 (ja) 2008-02-15 2012-12-12 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
JP5274343B2 (ja) 2008-04-10 2013-08-28 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受
JP2009269449A (ja) * 2008-05-07 2009-11-19 Ntn Corp センサ付車輪用軸受
KR101574304B1 (ko) 2008-10-15 2015-12-03 엔티엔 가부시키가이샤 센서가 장착된 차륜용 베어링
DE112009002662T5 (de) 2008-11-05 2012-06-21 Ntn Corporation Radlager mit Sensor
CN102365538B (zh) 2009-03-26 2013-09-18 Ntn株式会社 带有传感器的车轮用轴承
DE102009040344B4 (de) * 2009-09-08 2016-03-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Aktuator mit integriertem Zustandsüberwachungssystem sowie Verfahren zur Zustandsüberwachung sowie Verfahren zur Herstellung eines Aktuators
CN102597729B (zh) 2009-10-14 2014-10-01 Ntn株式会社 带有传感器的车轮用轴承
EP2578895B1 (de) 2010-05-24 2019-09-04 NTN Corporation Mit einem sensor ausgestattetes radlager
DE112011103019T5 (de) 2010-09-10 2013-07-04 Ntn Corp. Radlager mit Sensor
WO2012050917A2 (en) * 2010-09-28 2012-04-19 Waukesha Bearings Corporation Compliant bearing
DE102010047928A1 (de) * 2010-10-08 2012-04-12 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Wälzlager zum rotativen Lagern eines Maschinenelementes
US10066665B2 (en) 2010-11-15 2018-09-04 Ntn Corporation Wheel bearing with sensor
EP2708865B1 (de) 2011-05-09 2019-09-04 NTN Corporation Mit einem sensor ausgestattetes radlager
EP2762848B1 (de) 2011-09-29 2017-08-30 NTN Corporation Radlagervorrichtung mit sensor
DE102011085258A1 (de) * 2011-10-26 2013-05-02 Aktiebolaget Skf Lagerring, Lagerringsegment, Lager und Verfahren zur Einstellung einer Vorspannung eines Wälzlagers
DE102012006129A1 (de) * 2012-03-21 2013-09-26 I2S Intelligente Sensorsysteme Dresden Gmbh Gehäuse für mindestens einen Drucksensor
JP5886665B2 (ja) * 2012-03-23 2016-03-16 富士重工業株式会社 車輪作用力検出装置
JP5889071B2 (ja) * 2012-03-23 2016-03-22 富士重工業株式会社 6分力検出装置
JP5911761B2 (ja) 2012-06-27 2016-04-27 Ntn株式会社 センサ付車輪用軸受装置
WO2014007714A1 (en) 2012-07-04 2014-01-09 Aktiebolaget Skf (Publ) Load sensing arrangement on a bearing component, method and computer program product
DE102012216762A1 (de) * 2012-09-19 2014-03-20 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Lager
JP2014070656A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Jtekt Corp 鉄道車両用軸受装置
JP2014115079A (ja) 2012-12-06 2014-06-26 Ntn Corp センサ付車輪用軸受装置
JP2014119374A (ja) 2012-12-18 2014-06-30 Ntn Corp センサ付車輪用軸受装置
JP5723402B2 (ja) * 2013-03-01 2015-05-27 富士重工業株式会社 車輪作用力検出装置
JP6084893B2 (ja) * 2013-05-08 2017-02-22 富士重工業株式会社 車輪分力検出装置
EP2924304B1 (de) * 2014-03-24 2023-12-13 Goodrich Actuation Systems SAS Belastungsmesssystem
US9856967B2 (en) * 2014-04-11 2018-01-02 Cnh Industrial America Llc Torque estimation for work machine power train
US11129289B2 (en) * 2015-10-27 2021-09-21 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bearing assembly with incorporated electric line for providing multiple operating voltages
EP3379222B1 (de) 2017-03-22 2020-12-30 Methode Electronics Malta Ltd. Auf magnetoelastik basierte sensoranordnung
DE102017130329A1 (de) * 2017-12-18 2019-06-19 Technische Universität Darmstadt Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße
US11221262B2 (en) 2018-02-27 2022-01-11 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11084342B2 (en) 2018-02-27 2021-08-10 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US10670479B2 (en) 2018-02-27 2020-06-02 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11135882B2 (en) 2018-02-27 2021-10-05 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11014417B2 (en) 2018-02-27 2021-05-25 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
US11491832B2 (en) 2018-02-27 2022-11-08 Methode Electronics, Inc. Towing systems and methods using magnetic field sensing
JP6907993B2 (ja) * 2018-04-19 2021-07-21 トヨタ自動車株式会社 回転体の作用力検出装置
CN110646075A (zh) * 2019-10-08 2020-01-03 中信戴卡股份有限公司 一种用于测量车辆轮毂载荷的形变传感器及装置、汽车
IT201900023355A1 (it) 2019-12-09 2021-06-09 Skf Ab Gruppo sospensione sensorizzato per veicoli, includente una unità mozzo ruota ed un montante o articolazione di sospensione, metodo e unità mozzo ruota associati
IT202000020608A1 (it) 2020-08-28 2022-02-28 Skf Ab Unità mozzo ruota sensorizzata per veicoli, sistema e metodo associati per rilevamento dei carichi finali su ruota
US11820168B2 (en) * 2020-09-28 2023-11-21 Aktiebolaget Skf Wheel hub assembly with internal load sensors
IT202000024982A1 (it) 2020-10-22 2022-04-22 Skf Ab Gruppo mozzo di ruota con sensori esterni posizionati per evitare interferenza
JP2022153711A (ja) * 2021-03-30 2022-10-13 Ntn株式会社 軸受装置、スピンドル装置および間座
WO2023276365A1 (ja) * 2021-07-02 2023-01-05 ミネベアミツミ株式会社 転がり軸受
IT202100018638A1 (it) 2021-07-15 2023-01-15 Skf Ab Unità mozzo ruota sensorizzata per veicoli
IT202100030599A1 (it) 2021-12-03 2023-06-03 Skf Ab Sistema e metodo associati per il rilevamento dei carichi finali su una ruota di veicolo mediante una unità mozzo ruota sensorizzata

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2911479C2 (de) * 1979-03-22 1983-09-29 Lechler, Gerhard, Dr.-Ing., 1000 Berlin Kraftmeßeinrichtung
JPS5881217A (ja) * 1981-11-11 1983-05-16 Seiko Instr & Electronics Ltd 5自由度制御形磁気軸受装置
US4821582A (en) * 1987-12-02 1989-04-18 Mts Systems Corporation Load transducer
JPH06100222B2 (ja) * 1988-02-12 1994-12-12 工業技術院長 転がり軸受
SE8904082D0 (sv) * 1989-12-04 1989-12-04 Skf Nova Ab Hjullagerenhet
US5140849A (en) * 1990-07-30 1992-08-25 Agency Of Industrial Science And Technology Rolling bearing with a sensor unit
US5488871A (en) * 1994-02-16 1996-02-06 The Timken Company Bearing adjustment using compressive force sensor
JPH0961268A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Nippon Seiko Kk 軸受用荷重測定装置
DE19627385A1 (de) * 1996-07-06 1998-01-08 Bayerische Motoren Werke Ag Radmeßnabe
DE69732183T3 (de) * 1996-09-13 2009-07-16 The Timken Co., Canton Lager mit einem sensormodul
US5952587A (en) * 1998-08-06 1999-09-14 The Torrington Company Imbedded bearing life and load monitor
US6158124A (en) * 1998-11-17 2000-12-12 Varga Brakes, Inc. Preloading & machining mounted brake disc

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017005238A1 (de) * 2015-07-07 2017-01-12 Brit Hacke Vorrichtung zur zustandsüberwachung

Also Published As

Publication number Publication date
EP1358453A2 (de) 2003-11-05
JP2003530565A (ja) 2003-10-14
WO2001077634A3 (en) 2003-08-28
US20020092360A1 (en) 2002-07-18
EP1358453B1 (de) 2007-11-21
US6658943B2 (en) 2003-12-09
AU2001250927A1 (en) 2001-10-23
KR20030016246A (ko) 2003-02-26
KR100445049B1 (ko) 2004-08-21
DE60131571D1 (de) 2008-01-03
WO2001077634A2 (en) 2001-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60131571T2 (de) Lageranordnung mit sensoren zur überwachung von lasten
DE102014106183B4 (de) Detektiervorrichtung für Radkraftkomponenten
DE10141252C1 (de) Einrichtung zur Ermittlung von auf die Radaufhängung eines Rades eines Fahrzeuges einwirkenden Kräften und/oder Momenten
DE102014101258B4 (de) Radbetriebskraftsensor
DE60106262T2 (de) Verfahren zum zusammensetzen einer zweireihigen kegelrollenlagereinheit und verfahren für dieselbe
EP3080672B1 (de) Fahrerloses transportfahrzeug für den transport schwerer lasten auf lafetten
EP0349821B1 (de) Einrichtung zum Messen der Bahnspannung einer Warenbahn
DE112007002204T5 (de) Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit
DE2935406A1 (de) Messvorrichtung
DE112006000766T5 (de) Radhalterungslagerbaugruppe mit integriertem Sensor
DE102021108336A1 (de) Schätzvorrichtung zum Schätzen eines Reibkoeffizienten einer Straßenoberfläche und Lenkvorrichtung
DE102015005305A1 (de) Vorrichtung zum Einstellen einer Fahrzeuglenkung und Verfahren zu deren Verwendung
EP1843055B1 (de) Wälzlager mit Sensor
USRE39838E1 (en) Bearing assembly with sensors for monitoring loads
DE60305153T2 (de) Maximalreibwertermittlung anhand der messung der umfangausdehnung in einer reifenseitenwand
EP2805074B1 (de) Wälzkörper und sensierverfahren
EP3601948B1 (de) Überlasterkennungsvorrichtung bei einem fahrwerksbauteil
DE102008001006A1 (de) Radaufhängung für ein Fahrzeug
EP1666301B1 (de) Flurförderzeug mit Vorrichtung zur Regelung von Schlupf
WO2020151892A1 (de) Gurtförderer und trommel für einen gurtförderer
DE60113486T2 (de) Lagerschnittstellenanordnung mit mindestens einer elastischen Verformungszone und Bremsvorrichtung, die diese Anordnung enthält
DE102019102129A1 (de) System zur Bestimmung von Lastinformationen eines Fahrzeuges
DE102017103610A1 (de) Radträger zur Erfassung von Kräften
WO2019219119A1 (de) Radnabe zur lagerung eines fahrzeugrades
DE102019119719A1 (de) Lenkkopflageranordnung zur Lagerung eines Radmoduls

Legal Events

Date Code Title Description
8363 Opposition against the patent
8339 Ceased/non-payment of the annual fee