DE60215590T2

DE60215590T2 - Selbstschmierendes Lager für Anwendungen in Unterboden der Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE60215590T2
Application number: DE60215590T
Authority: DE
Inventors: Brian George Goshen Babin; Todd Anthony Raonoke Brown
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: ATE343734T1; EP1279846A2; US20030160606A1; CA2394668A1; US6710593B2; EP1279846A3; DE60215590D1; MXPA02007277A; EP1279846B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstschmierendes Lager und spezieller ein selbstschmierendes Radiallager, das für Anwendungen im Unterboden von Kraftfahrzeugen geeignet ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solches selbstschmierendes Lager ist aus US 3 110 530 A bekannt.
Beschreibung des bisherigen Standes der Technik
In der Technik sind verschiedene Typen von Lagern bekannt; zum Beispiel sind Radiallager zur Kopplung eines rotierenden Elements mit einem stationären Element bekannt, die eine freie und unbehinderte Rotation des rotierenden Elements bezüglich das stationären Elements gewährleisten. Um einen übermäßigen Verschleiß zu verhindern, sind die Lager normalerweise mit Vorkehrungen für eine Schmierung versehen. Daher enthalten die Lager normalerweise einen Hohlraum zur Aufnahme eines Schmierstoffes. Ein Beispiel eines solchen Lagers wird im US-Patent Nr. 5,836,702 beschrieben. Geschmierte Lager sind entweder mit einem Anschlussstück zum Ersetzen des Schmiermittels aus einer äußeren Quelle versehen oder in einem abgedichteten Hohlraum enthalten. Gedichtete Lager sind bei vielen Anwendungen in der Kraftfahrzeugtechnik infolge des erwarteten Betriebs des Lagers während der gesamten Garantielebensdauer des Lagers nicht geeignet. Insbesondere verlieren Schmiermittel und gedichtete Lager im Laufe der Zeit ihre Schmiereigenschaften. Daher sind für Anwendungen, bei denen zu erwarten ist, dass die Anzahl der Betriebsspiele des Lagers die Lebensdauer des Schmiermittels übersteigt, Lager bekannt, welche Vorkehrungen für äußere Anschlussstücke aufweisen, um zu ermöglichen, dass das Schmiermittel im Inneren der Lager gewechselt werden kann. Ein Beispiel eines solchen Lagers ist im US-Patent Nr. 5,791,787 beschrieben.
Bei anderen Anwendungen werden Lager an relativ schwer zugänglichen Stellen verwendet. Solche Lager sind als selbstschmierende Lager ausgeführt. Beispiele solcher selbstschmierender Lager sind in den US-Patenten Nr. 4,575,145; 5,219,231; 5,265,965; 5,273,369; 5,885,006 und 5,056,938 beschrieben. Im Allgemeinen weisen selbstschmierende Lager miteinander gepaarte Laufflächen auf, von denen eine Lauffläche aus einem Metall hergestellt ist und die andere, mit ihr gepaarte Lauffläche mit Teflon beschichtet ist, das auch als (Polytetrafluorethylen oder PTFE) bekannt ist. Leider unterliegen solche Teflonbeschichtungen einem Verschleiß, und infolgedessen könnte es nach längerem Verschleiß zu einem Verlust an Schmierfläche kommen, der möglicherweise zu einem katastrophalen Ausfall des Lagers führt. Somit besteht Bedarf an einem selbstschmierenden Lager für Anwendungen mit langer Verwendungsdauer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Kurz zusammengefasst, betrifft die vorliegende Erfindung ein selbstschmierendes Lager und spezieller ein selbstschmierendes Lager nach Anspruch 1. Für Anwendungen, bei welchen das Lager Umweltbedingungen ausgesetzt sein kann, die zu Korrosion führen könnten, kann eine Lauffläche aus einem korrosionsbeständigen Metall wie etwa nichtrostendem Stahl hergestellt sein, während die Gegenlauffläche zusammen mit dem Lagerelement homogen aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist, welcher PTFE oder Teflon enthält. Dadurch, dass das Lagerelement homogen aus einem Verbundwerkstoff hergestellt wird, welcher Teflon enthält, beeinträchtigt der Verschleiß des Lagerelements nicht die Schmierung des Lagers.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung und beigefügten Zeichnungen leicht verständlich, wobei:
1 eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht eines mit einem Gehäuse hergestellten Drehpositionssensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist, der ohne eine Leiterplatte, ein auf einen magnetischen Fluss ansprechendes Element und Flusskonzentratoren dargestellt ist;
2 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Drehpositionssensors ist;
3 eine Schnittansicht entlang Linie 3-3 von 2 ist;
4 ähnlich zu 1 ist und den Drehpositionssensor gemäß der vorliegenden Erfindung teilweise zusammengebaut zeigt, mit der Leiterplatte, einem auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Element und Flusskonzentratoren in einer auseinander gezogenen Darstellung;
5 eine Unteransicht des in 4 dargestellten Drehpositionssensors ist;
6 eine Schnittansicht entlang Linie 6-6 von 5 ist;
7 eine Unteransicht eines Formstoffgehäuses ist, welches Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine Draufsicht des Formstoffgehäuses von 7 ist;
9 eine Schnittansicht entlang Linie 9-9 von 7 ist;
10 eine Einzelheit eines Abschnitts des in 7 dargestellten Gehäuses ist;
11A und 11B perspektivische Ansichten einer Rotorplatte gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
12 eine Draufsicht der in 11A und 11B dargestellten Rotorplatte ist;
13 eine Schnittansicht entlang Linie 13-13 von 12 ist;
14 eine Schnittansicht entlang Linie 14-14 von 12 ist;
15 eine Detailansicht eines Abschnitts der in 14 dargestellten Rotorplatte ist;
16 eine Detailansicht eines Abschnitts der in 12 dargestellten Rotorplatte ist;
17A und 17B perspektivische Ansichten einer Antriebsarmbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
18 eine Seitenansicht der in 17A und 17B dargestellten Antriebsarmbaugruppe ist;
19 eine Unteransicht der in 18 dargestellten Antriebsarmbaugruppe ist;
20 eine Schnittansicht entlang Linie 20-20 von 19 ist;
21 eine Draufsicht der in 18 dargestellten Antriebsarmbaugruppe ist;
22A–22C den Magnetkreis für verschiedene Positionen des Magneten relativ zu dem auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Element zeigen;
23 eine Draufsicht eines Laufrings ist, welcher ein Bestandteil des selbstschmierenden Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
24 eine Schnittansicht entlang Linie 24-24 von 23 ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstschmierendes, zum Beispiel als ein Radiallager ausgeführtes Lager, welches einen Laufring und ein Lagerelement aufweist. Der Laufring ist in 23 und 24 dargestellt, während das Lagerelement in 17A–22 dargestellt ist. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass die Laufflächen am Laufring und das Lagerelement so gestaltet sind, dass sie für eine Selbstschmierung sorgen. Im Unterschied zu selbstschmierenden Lagern, die im Rahmen des bekannten Standes der Technik beschrieben wurden, sind der Laufring und das Lagerelement aus homogenen Materialien hergestellt. Dementsprechend wird die Schmierwirkung, die an den Laufflächen erzeugt wird, nicht verringert, wenn sich die miteinander gepaarten Laufflächen abnutzen.
Obwohl das Radiallager gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einen Drehpositionssensor zur Verwendung bei einer Anwendung im Unterboden von Kraftfahrzeugen beschrieben wird, sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung praktisch für jeden Lagertyp anwendbar. 23 und 24 stellen den Laufring dar, während 17A–22 das Lagerelement zeigen, das als eine Antriebsarmbaugruppe für einen Drehpositionssensor gestaltet ist, wie er allgemein in 1–22 dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein selbstschmierendes Lager, das für Anwendungen im Unterboden von Kraftfahrzeugen geeignet ist. Das selbstschmierende Lager gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Laufring 15 (23 und 24) und ein Lagerelement 24 auf. Wie dargestellt und wie weiter unten ausführlicher erläutert wird, weist das Lagerelement 24 eine axiale ringförmige Lauffläche 16 (18) und eine radiale Lauffläche 17 auf. Diese Laufflächen 16 und 17 sind so beschaffen, dass sie innerhalb einer inneren Lauffläche 18 (22) gepaart werden können, die an der Innenseite des Laufrings 15 ausgebildet ist. Insbesondere ist die ringförmige axiale Lauffläche 16 (18) an dem Lagerelement oder der Antriebsarmbaugruppe 24 so beschaffen, dass sie mit der Innenseite 18 (23) des Laufrings 15 gepaart werden kann. In ähnlicher Weise ist die Lauffläche 17 des Lagerelements 24 in einer radialen Ebene so beschaffen, dass sie mit der einen oder der anderen der radialen Flächen 19, 21 (23) des Laufrings 15 gepaart werden kann.
Im Allgemeinen kann der Laufring 15 aus Metall hergestellt sein. Bei Anwendungen, bei denen das Lager der Einwirkung korrosionsfördernder Umgebungen ausgesetzt ist, wie etwa in einer Umgebung des Unterbodens eines Kraftfahrzeugs, kann der Laufring aus einem korrosionsbeständigen Metall wie etwa nichtrostendem Stahl ASTM 304 hergestellt sein, das einer Feinbearbeitung unterzogen wurde.
Das Lagerelement oder der Antriebsarm 24 (18) kann homogen aus einem Polymer hergestellt sein, wie etwa einem Verbundkunststoff, welcher mit PTFE oder Teflon gemischt ist.
Der Kunststoff kann ein duroplastisches oder thermoplastisches Material sein, wie etwa glasfaserverstärktes 6-12 Nylon mit zum Beispiel 15% Teflon.
Das Lager stellt ein Metall-Polymer-Lager dar, welches selbstschmierend ist und bei welchem das Teflon zur Oberfläche wandert, wenn sich die Komponenten im Verlaufe der Lebensdauer des Lagers abnutzen. Daher bewirkt der Verschleiß der gepaarten Laufflächen der Lagerkomponenten, anders als bei den selbstschmierenden Lagern nach dem Stand der Technik, keine Verringerung der Schmierwirkung des selbstschmierenden Lagers.
Das Folgende ist eine beispielhafte Anwendung des selbstschmierenden Radiallagers, das bei einer Drehpositionsgeber-Anwendung benutzt wird, welche für eine Anwendung im Unterboden von Kraftfahrzeugen bestimmt ist. Bei dieser Anwendung ist der Laufring 15 innerhalb eines Formstoffgehäuses 22 angeordnet, um Laufflächen für ein drehbares Lagerelement oder einen drehbaren Antriebsarm 24 zur Verfügung zu stellen, wie in 6 und 9 am besten zu erkennen ist.
Es wird auf 1–22 Bezug genommen; der Drehpositionsgeber, der allgemein mit der Bezugszahl 20 bezeichnet ist, enthält ein Formstoffgehäuse 22, eine Antriebsarmbaugruppe 24 und eine Rotorplatte 26.
Eine Hebelarmbaugruppe 28, welche kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist, kann mittels eines geeigneten Befestigungselements 30 an der Antriebsarmbaugruppe 24 angebracht sein. Der Hebelarm 28 ist so beschaffen, dass er mechanisch mit einer äußeren Vorrichtung gekoppelt werden kann, deren Rotationsbewegung erfasst werden soll.
Die Rotorplatte 26, die in 13–16 am besten dargestellt ist, ist mit einem Rotorhohlraum 32 ausgebildet, zur Aufnahme eines Paars von Flusskonzentratoren 34, 35 (4 und 22A–22C) und eines auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Elements 36, wie etwa eines Halleffekt-IC, sowie eines optionalen Magnetfluss-Shunts, falls erforderlich. Die Flusskonzentratoren 34, 35 können aus einem weichen magnetischen Werkstoff mit halbkreisförmigem Querschnitt hergestellt sein und innerhalb des Rotorhohlraums 32 angeordnet sein, zusammen mit dem auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Element 36. Die Flusskonzentratoren 34, 35 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Elements 36 angeordnet, und sie sind innerhalb des Rotorhohlraums 32 angeordnet (ABB. 22A–22C). Wie in 4–16 dargestellt ist, kann eine Leiterplatte 38 verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Element 36 und einer Vielzahl von Anschlussklemmen 40 (4) herzustellen, die innerhalb des Hauptgehäuses 22 angeordnet sind.
Wie in 1 und 7–10 am besten dargestellt ist, ist das Formstoffgehäuse 22 mit einer zentralen Öffnung 42 (7) zur Aufnahme der Antriebsarmbaugruppe 24 ausgestattet. Wie in 3 dargestellt, ist ein Ende 44 des Formstoffgehäuses 22 mit einem Abschnitt 46 mit verringertem Durchmesser ausgebildet, welcher einen ringförmigen Absatz 49 (20) an der Antriebsarmbaugruppe 24 berührt, um einen Anschlag zu bilden und die axiale Bewegung der Antriebsarmbaugruppe 24 in der Richtung des Pfeils 47 zu begrenzen. Das andere Ende 48 des Formstoffgehäuses 22 ist mit ringförmigen gestuften Flächen ausgebildet, die allgemein mit der Bezugszahl 50 bezeichnet sind (7–9). Die Rotorplatte 26 ist mit entsprechenden ringförmigen gestuften Flächen 52 (3, 6, 13 und 14) ausgebildet, welche so beschaffen sind, dass sie an den in dem Formstoffgehäuse 22 ausgebildeten gestuften Flächen 50 zur Anlage kommen können, wie in 3 und 6 am besten dargestellt ist. Die gestuften Flächen 50 und 52 können durch Ultraschallschweißen aneinandergeschweißt werden.
Die Einzelheiten des Formstoffgehäuses 22 sind in 7–10 dargestellt. Wie in 7 und 10 dargestellt ist, ist die Öffnung 42 mit einem radialen Schlitz 56 versehen. Der radiale Schlitz 56 wird verwendet, um für eine radiale Ausrichtung der Rotorplatte 26 bezüglich des Formstoffgehäuses 22 zu sorgen. Insbesondere ist die Rotorplatte 26 mit einem radialen Vorsprung 58 versehen (12). Der radiale Vorsprung 58 ist so beschaffen, dass er in dem radialen Schlitz 56 (10) aufgenommen werden kann, um für eine radiale Positionierung der Rotorplatte 26 bezüglich des Formstoffgehäuses 22 zu sorgen.
Wie in 13 dargestellt, ist die Rotorplatte 26 mit einem sich axial erstreckenden Hülsenabschnitt 60 ausgestattet. Der Hülsenabschnitt 60 ist so beschaffen, dass er in einem Hohlraum 61 (20) aufgenommen werden kann, der in der Antriebsarmbaugruppe 24 ausgebildet ist. Wie in 12 und 14–16 dargestellt ist, ist der Hülsenabschnitt 60 der Rotorplatte 26 mit einem Hohlraum 62 (13) zur Aufnahme eines oder mehrerer Flusskonzentratoren 34, 35 (4) und eines auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Elements 36 und, falls erforderlich, eines Magnetfluss-Shunts ausgebildet. Wie in 3 und 6 dargestellt ist, ermöglicht eine solche Anordnung, dass die Antriebsarmbaugruppe 24 bezüglich des Hohlraums 62 rotiert und folglich auch bezüglich der Flusskonzentratoren 34, 35 und des auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Elements 36 und, falls vorhanden, des Magnetfluss-Shunts rotiert.
Wie in 20 am besten dargestellt ist, enthält die Antriebsarmbaugruppe 24 einen im Allgemeinen kreisförmigen Magneten 64 und einen Shunt-Ring 66. Wie dargestellt, umgibt der Shunt-Ring 66 den kreisförmigen Magneten 64. Wenn die Rotorplatte 26 und die Antriebsarmbaugruppe 24 mit dem Formstoffgehäuse 22 zusammengebaut sind, wie in 3 und 6 allgemein dargestellt ist, sind der kreisförmige Magnet 64 ebenso wie der Shunt-Ring 66 axial zu einem Abschnitt des ringförmigen Hohlraums ausgerichtet, der in dem sich axial erstreckenden Abschnitt 60 der Rotorplatte 26 gebildet wird, was zur Folge hat, dass der ringförmige Magnet 64 und der Shunt-Ring 66 axial zu dem Magneten 64 und dem Shunt-Ring 66 ausgerichtet sind, wie in 6 am besten dargestellt ist. Dementsprechend hat eine Rotation der Antriebsarmbaugruppe 24 eine radiale Verschiebung des kreisförmigen Magneten 64 relativ zu der festen Position des auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Elements 36 und der Flusskonzentratoren 34 zur Folge, wie in 22A–22C dargestellt ist, und es wird ein Signal erzeugt, das dafür repräsentativ ist.
Die Konfiguration des Magneten 64, die in 22A–22C dargestellt ist, soll nur als Beispiel dienen. Insbesondere ist der Magnet 64 als ein diametral geladener Magnet dargestellt. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind auf alle Konfigurationen von Magneten anwendbar, einschließlich radial geladener Magnete (nicht dargestellt).

Claims

Selbstschmierendes Lager, welches umfasst: ein erstes Lagerelement, das einen metallischen Laufring (15) bildet, und ein zweites Lagerelement (24), das so gestaltet ist, dass es innerhalb des ersten Lagerelements rotiert, und mit einem äußeren rotierenden Element verbunden werden kann, wobei das zweite Lagerelement (24) so gestaltet ist, dass es in dem besagten metallischen Laufring (15) aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lagerelement homogen aus einem Verbundkunststoff hergestellt ist, der mit Teflon gemischt ist.
Selbstschmierendes Lager nach Anspruch 1, wobei der besagte metallische Laufring (15) aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt ist.
Selbstschmierendes Lager nach Anspruch 2, wobei das besagte korrosionsbeständige Material nichtrostender Stahl ist.
Selbstschmierendes Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der besagte Verbundwerkstoff aus einem duroplastischen Material hergestellt ist.
Selbstschmierendes Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der besagte Verbundwerkstoff aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist.
Selbstschmierendes Lager nach Anspruch 5, wobei das besagte thermoplastische Material ein Nylon-Material ist.
Selbstschmierendes Lager nach Anspruch 6, wobei das besagte Nylon-Material 6-12 Nylon ist.
Selbstschmierendes Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der besagte Verbundwerkstoff, zusätzlich zu seiner Mischung mit Teflon, glasfaserverstärkt ist.
Selbstschmierendes Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der besagte Teflongehalt ungefähr 15 beträgt.
Selbstschmierendes Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das besagte Lager mit einem Gehäuse (22) hergestellt ist, das eine zentrale Öffnung (42) aufweist, und der besagte Laufring (15) in der besagten zentralen Öffnung angeordnet ist.
Selbstschmierendes Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das besagte Lager in einem Drehpositionssensor realisiert ist, welcher umfasst: ein Gehäuse (22), das aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist und eine zentrale Öffnung (42) aufweist, einen metallischen Laufring (15), der in der besagten zentralen Öffnung (42) angeordnet ist, eine Antriebsarmbaugruppe (24), welche aus dem besagten, mit Teflon gemischten Verbundwerkstoff hergestellt ist, einen im Allgemeinen kreisförmigen Magneten (64) und optional einen Shunt-Ring (66) aufweist und mit einem Rotorhohlraum (32) versehen ist, und ein auf einen magnetischen Fluss ansprechendes Element (36) und wenigstens einen Flusskonzentrator (34, 35), die so beschaffen sind, dass sie starr in dem besagten Rotorhohlraum (32) angeordnet werden können, und so gestaltet sind, dass der besagte Magnet (64) und Shunt-Ring (66) bezüglich des besagten Gehäuses (22) und des besagten, auf einen magnetischen Fluss ansprechenden Elements (36) rotieren.