DE69632946T2

DE69632946T2 - Vorrichtung zur Messung der relativen Drehung und/oder Drehgeschwindigkeit zwischen den Laufringen eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE69632946T2
Application number: DE69632946T
Authority: DE
Inventors: Paolo Audagnotto; Mario Micca
Original assignee: SKF Industrie SpA
Current assignee: SKF Industrie SpA
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2016-12-11
Also published as: ITTO960023A0; EP0785436B1; JPH09297151A; KR100440761B1; EP0785436A1; ITTO960023A1; US5859426A; IT1284323B1; DE69632946D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt in dem Gebiet betreffend Vorrichtungen zum Messen eines relativen Winkelversatzes und/oder einer relativen Drehgeschwindigkeit zwischen zwei relativ zueinander drehenden Elementen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine optische Vorrichtung zum Erfassen eines relativen Winkelversatzes und/oder einer Drehung zwischen den Laufringen eines Wälzlagers.
Hintergrund der Erfindung
Derzeit sind Wälzlager bekannt, die eine Messeinrichtung besitzen, welche ein Signal liefert, das Informationen zur Bewegung und/oder Stellung von einem der beiden Laufringe eines Lagers relativ zu dem anderen überträgt. Solche Messvorrichtungen bestehen aus einem sich bewegenden Pulsgenerator und einem stationären Sensor. Das Pulsgeneratorelement, das in diesem technischen Gebiet als Impulsring bekannt ist, ist zur Drehung mit dem sich drehenden Laufring des Lagers fixiert. Der Pulsgenerator ist normalerweise ein gezahnter oder magnetisierter Ring, der an dem zu überwachenden Element befestigt ist. Der Sensor, der normalerweise ein Hall-Effekt-Sensor ist, ist an einem ortsfesten Teil so angebracht, dass er im Betrieb dem gezahnten oder magnetisierten Impulsringabschnitt zugewandt ist, nahe an oder in einem vorbestimmten Abstand hiervon.
Obwohl die oben genannten Vorrichtungen zufriedenstellende Leistungen haben, sind sie mit einer die zuführbare Pulsrate pro Umdrehung betreffenden Beschränkung behaftet. Dies hat zur Folge, dass die Anzahl und/oder die Art von Informationen, die mittels dieser besonderen Art von Messvorrichtung verfügbar sind, begrenzt sind.
Eine weitere Unannehmlichkeit, die mit diesen bekannten Messvorrichtungsarten einherging, besteht darin, dass Schmutz, der sich zwangsläufig auf den Bauteilen ablagern wird, mit der Zeit deren korrekten Betrieb gefährdet. Des Weiteren sind diese Vorrichtungen nicht dazu geeignet, bei hohen Betriebstemperaturen zu arbeiten, wodurch sie für manche Anwendungen nicht hergenommen werden können.
Außerdem werden die in einer herkömmlichen Messvorrichtung erzeugten starken Magnetfelder Metallpartikel von den Fahrzeugbremsen anziehen, was zur Folge hat, dass sich diese Partikel auf den Lagern ansammeln, beispielsweise wo das Lager an der Radnabe eines Fahrzeuges angebracht ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass magnetische Impulsringe und Hall-Effekt-Sensoren relativ teuer sind.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile und Beschränkungen des Standes der Technik überwinden kann. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vielseitige, kostengünstige Vorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, in etlichen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden zu können.
Gemäß einem Aspekt der beanspruchten Erfindung werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zum Messen einer relativen Drehbewegung und/oder eines Versatzes zwischen den Ringen eines Lagers gemäß dem Anspruch 1 bereitgestellt wird, dessen Oberbegriff in den Dokumenten: DE-A 25 05 802, US-A-4 797 549, FR-A-2 343 254, EP-A-06 57 738 und UK GB-A-2 197 108 offenbart ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Damit die vorliegende Erfindung wohlverstanden werden kann, werden nun nachfolgend beispielhaft einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1A ein Teilquerschnitt einer beispielhaften Ausführungsform der Messvorrichtung ist,
1B eine Draufsicht der Anordnung der 1 ist, und
2 eine Querschnittsansicht eines Teils der Ausführungsform der Messvorrichtung dieser Erfindung ist,
3 eine Querschnittsansicht eines Teils einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Messvorrichtung ist.
Eingangs wird Bezug genommen auf die 1A und 1B, in denen die Bezugszeichen 10 und 11 den sich nicht drehenden Außenring bzw. den sich drehenden Innenring eines Wälzlagers kennzeichnen. Ein Messsensor, der am stationären Außenring 10 angebracht ist, umfasst einen optischen Codierer 12, der betriebsmäßig einem Codierrad zugewandt ist, das zum Mitdrehen mit dem sich drehenden Innenring 11 befestigt ist. Der optische Codierer 12 umfasst eine fotoelektrische Vorrichtung, die einen Lichtstrahl zu dem Codierrad 13 sendet und den durch das Codierrad reflektierten Lichtstrahl empfängt. Das Codierrad 13 ist eine Scheibe aus lichtreflektierendem Material, in dem mehrere Fenster oder andere nichtreflektierende Bereiche erzielt sind. Wenn sich das Rad dreht, unterbrechen diese Bereiche andauernd den reflektierten Strahl, wodurch Informationen betreffend die Codierradstellung erzeugt werden. Die fotoelektrische Einrichtung 12 verarbeitet diese Informationen in entsprechende digitale Daten, die über ein Kabel 14 zu einer entfernten Datenverarbeitungseinheit (nicht gezeigt) übertagen werden.
In dem Beispiel der 1A und 1B ist der optische Codierer in einem Haltering 15 untergebracht, der durch eine Umbiegung des Randes 16 eines Metalleinsatzes 17 gestützt wird. Der Metalleinsatz 17 ist in einer Nut 18 des sich nicht drehenden Außenrings befestigt. Die Nut 18 ist im Allgemeinen in herkömmlichen Lagerringen zum Befestigen von Schutzblenden oder anderen Abdichtungselementen wie beispielsweise das eine, das mit dem Bezugszeichen 19 auf der gegenüberliegenden Seite des Lagers (1A) gekennzeichnet ist, vorgesehen.
Es wird nun Bezug genommen auf die Ausführungsform der in der 2 gezeigten Erfindung, in der der Körper des optischen Codierers 12 brückenartig ausgebildet ist und zwei Teilabschnitte 12a und 12b umfasst, in denen ein Lichtstrahl-Emitter (zur Vereinfachung nicht gezeigt) bzw. ein Empfänger (nicht gezeigt) zum unmittelbaren Erfassen des vom Emitter kommenden Strahls platziert sind. Zwischen den emittierenden und empfangenden Teilen ist ein Codierer 13 mit fensterartiger Ausbildung angeordnet, um so eine andauernde Unterbrechung des direkt von dem Emitter zum Empfänger gerichteten leuchtenden Signals zu bewirken, in ähnlicher Weise, wie es unter Bezugnahme auf das Beispiel der 1A und 1B offenbart ist.
In der Ausführungsform der 2 ist eine Dichtung 20 des Labyrinthtyps 20a vorhanden, die an dem sich drehenden Innenring 11 angebracht ist. Die Dichtung 20 hat den Zweck, Schmierfett und/oder andere verschmutzende Teile daran zu hindern, zur optischen Messvorrichtung zu gelangen.
Es wird nun Bezug genommen auf die 3. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Messeinrichtung ist eine Zahnscheibe 21 zum Mitdrehen mit dem sich drehenden Innenring 11 befestigt. Die sich drehende Zahnscheibe 21 kämmt mit einem Zahnrad 22, das in einer Ebene dreht, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Zahnscheibe 21 steht. Das Zahnrad 22 treibt eine flexible Welle 23 drehend an, deren entfernt liegendes Ende (nicht gezeigt) ein beabstandetes Codierrad dreht, das mit einem optischen Codierer gekoppelt ist, in ähnlicher Weise, wie es unter Bezugnahme auf die voranstehenden Zeichnungen erläutert wurde. Diese Ausführungsform ist besonders gut für Lager verwendbar, die unter ungünstigen Umgebungsbedingungen arbeiten, wie beispielsweise unter hohen Temperaturen, was dazu führen kann, dass optische Messvorrichtung beschädigt wird. Beispielsweise würde die Anordnung der 3 an ein Lager angepasst werden, das mit dem heißen Motoröl des Getriebes in Kontakt kommt.
Es wird gewürdigt werden, dass die Verwendung eines optischen Sensors als Messvorrichtung bei Wälzlagern es zulässt, dass sich die bei jeder Umdrehung erzielte Pulsrate erhöht und zwar bis zu 2048 Pulsen pro Umdrehung. Es können durch diese Erfindung auch weitere Informationen betreffend die Stellung, die Geschwindigkeit und andere wichtige Raumparameter als Funktion der Zeit erhalten werden, in dem die Auflösung verbessert wird.
Überdies wird diese Sensorart kaum durch Schmutz beeinflusst, wodurch sie für eine einige Anwendungen ideal ist, für die ein Einsatz aufgrund der durch Schmutz oder hohe Temperaturen bewirkten ungünstigen Beeinflussung bisher nicht möglich war. Im letzteren Fall wird das Problem durch die in der 3 gezeigte Ausführungsform gelöst.
Des Weiteren erlaubt die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung eine beträchtliche Kostenverringerung bedingt durch die Tatsache, dass ein kommerziell verfügbarer und zuverlässiger optischer Sensor vorgesehen wird.
Während spezifische Ausführungsformen der Erfindung offenbart wurden, ist es offensichtlich, dass eine derartige Offenbarung lediglich zu Darstellungszwecken erfolgte und die Erfindung nicht in irgend einer Weise, außer durch die angefügten Ansprüche, beschränkt wird.

Claims

Vorrichtung zum Messen einer relativen Drehbewegung und/oder eines Versatzes zwischen einem sich nicht drehenden Außenring (10) und einem sich drehenden Innenring (11) eines Lagers, wobei die Vorrichtung versehen ist mit: – einem Pulsgeneratormittel (13), der aus einem durch den sich drehenden Innenring (11) aktivierten Codierrad (13) des fensterartigen Typs besteht, – ein nicht-drehendes Sensormittel (12), das wiederum aus einem optischen Codierer besteht, der brückenartig aufgebaut und mit zwei Teilabschnitten (12a, 12b) ausgestattet ist, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Codierrades (13) platziert sind, – ein Emittermittel, das in einem der zwei Teilabschnitte (12a, 12b) angeordnet ist und einen Lichtstrahl auf das Codierrad (13) senden kann, und – einem fotoelektrischen Mittel, das in dem anderen der zwei Teilabschnitte (12a, 12b) angeordnet ist und den durch Öffnungen des Codierrades hindurchgehenden Lichtstrahl empfangen und den von dem Emittermittel kommenden Lichtstrahl direkt erfassen kann, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist, durch dass sie des Weiteren eine Labyrinthdichtung (20), die an dem sich drehenden Innenring (11) angebracht ist und die radiale Innenzungen (20a) umfasst, die in Drehachsenrichtung bei dem optischen Codierer (12) angeordnet sind, und ein Außenteil umfasst, das an einer Stelle angeordnet ist, die in Drehachsenrichtung den radialen Innenzungen (20a) gegenüberliegt, was so arrangiert ist, dass Schmutz und andere verschmutzende Mittel daran gehindert werden, den optischen Codierer (12) zu erreichen.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Codierrad (13) und der optische Codierer (12) an einer Stelle angeordnet sind, die von dem Lager beabstandet ist, wobei das Codierrad mit dem sich drehenden Ring (11) des Lagers durch ein flexibles, sich drehendes Antriebsmittel verbunden ist.