DE69724343T2

DE69724343T2 - Schwenkkugellager mit eingebautem Messaufnehmer

Info

Publication number: DE69724343T2
Application number: DE69724343T
Authority: DE
Inventors: Pierre Bourgeois-Jacquet
Original assignee: Rks Sa Avallon; RKS SA
Current assignee: Rks Sa Avallon; RKS SA
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: EP0814338A1; FR2750181A1; JPH10115314A; IL121109A; JP3831068B2; EP0814338B1; DE69724343D1; FR2750181B1; IL121109A0; US6113276A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwenklager von der Bauart, die in der Lage ist, eine Drehbewegung eines bewegbaren Teils in Bezug auf einen stillstehenden Teil sicherzustellen. Der stillstehende Teil kann beispielsweise durch den Rumpf eines Schiffs, das Fahrgestell eines Landfahrzeugs, wie z. B. eines Panzerwagens, oder auch durch den Unterteil eines Drehkrans gebildet sein. Der bewegbare Teil dient als Träger für Ausrüstungsteile, die bezüglich der Winkellage ausgerichtet werden müssen, wie beispielsweise der Panzerturm oder der oberen Teil des Drehkranzes. Ein Schwenklager zur Ausrichtung, das einen drehbaren Teil, einen nicht drehbaren Teil sowie mehrere Reihen von zylindrischen Wälzkörpern aufweist, ist in der Druckschrift US-A-4 861 171 beschrieben.
Bei diesen unterschiedlichen Anwendungen ist der Bedarf aufgekommen, die Winkelstellung und/oder die Winkelgeschwindigkeit des bewegbaren Teils in Bezug auf den stillstehenden Teil präzise zu kennen. Im Falle von Drehkranen ermöglicht die Kenntnis der Lage des oberen Teils des Krans, der einen Ausleger enthält, eventuelle Kollisionen zwischen zwei Kranen ein und derselben Baustelle zu verhindern.
Zu diesem Zweck ist die Verwendung von Signalgebern bekannt, die mit Ritzeln ausgestattet sind, die mit der Verzahnung des Schwenklagers oder mit einer gesonderten Verzahnung kämmen. Es lassen sich ebenfalls berührungslose induktive Sensoren an den Zähnen der Verzahnung oder auch (Funktions-)Drehgeber mit großem Durchmesser verwenden. Diese unterschiedlichen Systeme nutzen sich jedoch entweder schnell ab und führen zu Messfehlern aufgrund von Arbeitsspielen und Materialalterung, oder sie sind kostspielig, schwierig einzustellen, sperrig und benötigen komplexe Schnittstellen.
EP-A-320 322, die ein Wälzlager mit geringem Durchmesser betrifft, beschreibt einen Drehbewegungssensor, zieht jedoch nicht die Verwendung eines Positionssensors in Betracht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu beheben, indem ein Schwenklager vorgeschlagen wird, das mit einem Sensor ausgestattet ist, kompakt, vormontiert und in der Fabrik eingestellt ist und das keine Wartung benötigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schwenklager vorzuschlagen, das mit einem in dem Wälzlager eingebauten Sensor ausgestattet ist.
Das erfindungsgemäße Schwenklager ist von der Bauart, die dazu bestimmt ist, die Drehbewegung eines bewegbaren Aufbaus in Bezug auf ein Chassis (ein (Fahr)Gestell, einen Rahmen oder dgl.) mittels eines Zahnkranzes sicherzustellen. Das Wälzlager weist einen drehbaren Ring sowie einen nicht drehbaren Ring auf, zwischen denen Wälzelemente angeordnet sind. Das Schwenklager weist ein in dem Wälzlager eingebautes Positionssensormittel auf, wobei das Sensormittel einen magnetisierten Signalgeber enthält, der mit einem biegeelastischen magnetisierten Band mit alternierenden Polen versehen ist. Ein solcher Sensor ist in der Lage, in einer Umgebung zu funktionieren, die durch die Gegenwart von Schmiermittel, Öl oder Staub schwierig gestaltet ist, und ist sehr gut für Anwendungen im Freien, wie beispielsweise Militärmaschinen oder Bauarbeiten, geeignet.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensormittel wenigstens einen Signalaufnehmer, der mit einem der Ringe des Wälzlagers fest verbunden ist, sowie einen Signalgeber, der mit dem anderen Ring verbunden und dem Signalaufnehmer gegenüber sowie in geringem Abstand zu diesem angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist der Signalaufnehmer in einem Durchgangsloch angeordnet, das in dem Ring vorgesehen ist, mit dem er in Verbindung steht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das nachgiebige magnetisierte Band eine Schicht aus Plastoferrit umfassen, die zwischen einem Schutzband aus nicht magnetischem Stahl und einem Trägerband angeordnet ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Signalaufnehmer radial in Bezug auf den Signalgeber angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Signalgeber in einer Nut untergebracht, die auf einer zylindrischen Fläche des Rings, mit dem er fest verbunden ist, angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensormittel zwei Signalaufnehmer auf. Während der Signalgeber zwei nicht aneinander stoßende Enden aufweist, kann das Schwenklager eine Einheit zur Verarbeitung von durch die Signalaufnehmer ausgegebenen Informationsdaten, die in der Lage ist, eine anormale Information zu erfassen, die von einem Signalaufnehmer herrührt, der sich den nicht aneinander stoßenden Enden des Signalgebers gegenüberliegend befindet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Schwenklager Dichtungsmittel auf, die zwischen den beiden Ringen einen geschlossenen Raum festlegen, in dem die Wälzelemente und das Sensormittel angeordnet sind.
Zufolge der Erfindung benötigt das Schwenklager mit integriertem Sensor keine Wartung und neigt nicht zu Messfehlern, die von Spielen der Einrichtungen, beispielsweise Getriebezahnspielen, oder von Herstellungstoleranzen dieser Bauteile herrühren.
Die Erfindung wird verständlicher und weitere Vorteile erschließen sich beim Lesen der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform, die keinerlei Einschränkung bezweckt und in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht ist, in der die einzige Figur eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Schwenklagers in einer Querschnittsdarstellung gemäß einer durch seine Achse verlaufenen Ebene veranschaulicht.
Wie aus der einzigen Figur ersichtlich, weist das Schwenklager mit einer vertikalen Achse einen Innenring 1, einen Außenring 2, einen Signalgeber 3, wenigstens einen Signalaufnehmer 4 und eine Reihe von Wälzelementen 5 auf. Der Innenring 1 weist eine zylindrische Außenumfangsfläche 6 auf, auf der eine Laufbahn 7 vorgesehen ist, und der Außenring 2 weist eine Bohrung 8 auf, in der eine Laufbahn 9 ausgebildet ist. Die Wälzelemente 5 sind zwischen der Lauf bahn 7 des Innenrings 1 und der Laufbahn 9 des Außenrings 2 angeordnet.
Der Innenring 1 ist dazu bestimmt, an einem Chassis oder einem Aufbau (nicht veranschaulicht) befestigt zu werden, das bzw. der mit einem Zahnkranz versehen ist, um die Drehbewegung sicherzustellen, und weist einen Befestigungseinschnitt 10 auf. Die zylindrische Außenumfangsfläche 6 des Innenrings 1 ist von einer Seite durch die Radialfläche 1a und von der anderen Seite durch die Radialfläche 1b begrenzt. Eine ringförmige Nut 11 ist auf der zylindrischen Außenumfangsfläche 6 des Innenrings 1 ausgebildet und in Axialrichtung zwischen den Wälzelementen 5 und der Radialfläche 1b angeordnet. Die Nut 11 weist eine Weite auf, die wesentlich Größer ist als ihre Tiefe, und ist mit radialen Kanten versehen. Die Nut 11 ist dazu vorgesehen, den Signalgeber 3 aufzunehmen, wie er nachstehend beschrieben ist.
Der Außenring 2 ist von einem radialen Durchgangsloch 12 durchsetzt, in dem der Signalaufnehmer 4 in der Weise angeordnet ist, dass er sich dem Signalgeber 3 radial gegenüberliegend befindet. Der Signalaufnehmer 4 ragt in Radialrichtung geringfügig nach innen in das Wälzlager in Bezug auf die Bohrung 8 des Außenrings 2 hinein, um einen bestimmten Spalt zwischen dem Signalaufnehmer 4 und dem Signalgeber 3 zu definieren.
Der Signalaufnehmer 4 ist über ein Kabel 13 mit Mitteln zur Verarbeitung von Informationsdaten, beispielsweise einem nicht veranschaulichten elektronischen Kasten, verbunden.
Der Außenring 2 weist in seiner Bohrung 8 in der Nähe des Signalaufnehmers 4 eine Nut 14 auf, in der ein Dichtungselement 15 angeordnet ist, das in Radialrichtung ins Innere des Wälzlagers vorragt und mit der Radialfläche 1b des Innenrings 1 reibschlüssig in Berührung kommt. Der Innenring 1 weist ebenfalls auf seiner zylindrischen Außenumfangsfläche 6, axial auf der entgegengesetzten Seite in Bezug auf den Signalgeber 3 eine Ringnut 16 auf, in der ein Dichtungselement 17 angeordnet ist, der in radiale Richtung nach außen in Bezug auf das Wälzlager vorragt und mit der Radialfläche 2a des Außenrings 2 reibschlüssig in Berührung kommt. Somit ist zwischen dem Innenring 1 und Außenring 2 sowie den Dichtungselementen 15 und 17 ein geschlossener Raum festgelegt, in dem der Signalgeber 3, der Signalaufnehmer 4 und die Wälzelemente 5 untergebracht sind, die auf diese Weise gegen mögliche Verunreinigungen durch ein Schmiermittel, durch Staub oder Wasser geschützt sind.
Der Signalgeber 3 weist ein biegeelastisches lineares Band auf, dessen Länge der Umfangslänge der Nut 11 des Innenrings 1 entspricht, in der es aufgenommen ist. Der Signalgeber 3 ist von der magnetisch polarisierten Bauart mit einer Wechselfolge von Nordpolen und Südpolen. Der Signalaufnehmer 4 ist in der Lage, das durch den Signalgeber 3 erzeugte Magnetfeld zu erfassen. Eine relative Verlagerung des Signalgebers 3 in Bezug auf den Signalaufnehmer 4 hat somit eine Veränderung der Spannung zur Folge, die über das Kabel 13 an ein nicht veranschaulichtes elektronisches System übertragen wird, das in der Lage ist, die relative lineare Verlagerung zwischen den beiden Ringen 1 und 2 zu bestimmen sowie deren Richtung zu erkennen. Diese Informationsdaten in Bezug auf die Winkelstellung oder Winkelgeschwindigkeit können anschließend ausgewertet und an eine Anzeige oder an einen Automaten ausgegeben werden. Die Kenntnis der Gesamtlänge des Umfangs des Innenrings 1 ermöglicht es, das Längenmaß mit Hilfe einer in dem elektronischen System integrierten, geeigneten Rechenlogik in ein Winkelmaß umzuwandeln.
Der in Form eines magnetischen Bandes ausgebildete Signalgeber 3 weist ein erstes Trägerband auf, das mit dem Grund der Nut 11 in Kontakt steht und das aus nicht oxidierendem magnetisiertem Stahl hergestellt ist. Dieses Trägerband ist von einem synthetischen magnetisierten Band aus Plastoferrit bedeckt, das auf das Trägerband aufgeklebt ist. Zum Zwecke des Schutzes kann das synthetische magnetisierte Band mit einem Außenband aus einem nicht magnetischen Stahl überdeckt sein. Dieses äußere Band ermöglicht es, die weiteren Bänder gegen eventuelle mechanische Beschädigungen zu schützen. Der Signalgeber 3 ist in der Nut 11 durch Kleben befestigt, nachdem er auf die richtige Länge zugeschnitten worden ist. Dennoch kann ein kleiner Bereich der Nut 11, in der Größenordnung zwischen 1 und 2 mm, fortbestehen, der nicht von dem Signalgeber besetzt ist, insofern, als es äußert schwierig ist, die beiden Enden des Bandes genau auf Stoß zu bringen. Der Zuschnitt des Signalgebers 3 wird ohne eine genaue Ortsbestimmung der Pole, wie beispielsweise in der Mitte eines Nordpols oder am Rande eines Südpols, geschaffen. Aus diesem Grund ist nicht bekannt, ob die Wechselfolge und die Abmessungen der Pole beachtet werden. Somit ist in dem Bereich ohne das Signalgebermittel, und in der Nähe davon, keine zuverlässige Messung möglich, und der Durchgang des Signalaufnehmers 4 in diesem Bereich birgt die Gefahr, die Positionserfassung mit einem Fehler zu behaften.
Um dieses Problem zu lösen, kann der Außenring 2 mit zwei Signalaufnehmern 4 ausgestattet werden, die jeweils in einem radialen Loch 12 angeordnet sind. Unabhängig von der relativen Winkelstellung der Ringe 1 und 2 zueinander befindet sich somit wenigstens einer der beiden Signalaufnehmer 4 gegenüber einem Abschnitt der Nut 11, der mit dem Signalgeber 3 versehen ist. Das elektronische System wird folglich derart angepasst, dass es in der Lage ist, eine anormale Information zu erkennen, die von einem der Signalaufnehmer 4 aufgrund seines Vorbeilaufens nahe an dem Bereich der Nut 4, der keinen Signalgeber 3 aufweist, oder in der Nähe der Enden des Signalgebers 3 herrührt, und diese anormale Information nicht zu berücksichtigen, um sich einzig und alleine auf die von dem anderen Signalgeber 4 herrührende Information zu stützen, der sich gegenüber einem Abschnitt des Signalgebers 3 befindet. Ferner ist es infolge der Ausstattung des Außenrings 2 mit zwei Signalaufnehmern 4 ermöglicht, die Genauigkeit der Erfassung zu erhöhen. Bei einem Wälzlager mit einem einzigen Signalaufnehmer liegt der Messfehler in der Größenordnung der Abmessung eines Nordpols oder Südpols des Signalgebers 3. Bei einem Wälzlager mit zwei Signalaufnehmern kann der Fehler kleiner als dieser Wert werden. Ein weiterer Vorteil des Wälzlagers mit zwei Signalaufnehmern 4 besteht darin, dass ein redundantes (überbestimmtes) System geschaffen wird, das sehr hohe Sicherheit bietet. Es kann sogar eine doppelte Redundanz geschaffen werden, indem ein dritter Signalaufnehmer eingebaut wird.
Zufolge der Erfindung ist der Positionssensor vollständig innerhalb des Wälzlagers eingebaut, und es besteht keine Gefahr, dass er durch eine äußere Einwirkung beschädigt wird oder seine Genauigkeit aufgrund des Verschleißes der Verzahnungszähne des Schwenklagers vermindert wird. Darüber hinaus ist die endgültige Montage der Anordnung, für die das Schwenklager bestimmt ist, vereinfacht, da dieses bereits mit seinem Positionssensor ausgestattet ist.

Claims

Schwenklager von der Bauart, die dazu bestimmt ist, die Drehbewegung eines bewegbaren Aufbaus in Bezug auf ein Chassis mittels eines Zahnkranzes sicherzustellen, wobei das Schwenklager einen umlaufenden Ring (2) und einen nicht umlaufenden Ring (1) aufweist, zwischen denen Wälzelemente (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es ein in dem Lager eingebautes Positionssensormittel aufweist, wobei das Sensormittel einen magnetisierten Signalgeber (3) umfasst, der mit einem biegeelastischen magnetisierten Band mit Wechselpolen versehen ist.
Schwenklager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel wenigstens einen Signalaufnehmer (4) aufweist, der mit einem der Ringe fest verbunden ist, wobei der Signalgeber (3) mit dem anderen Ring verbunden ist und dem Signalaufnehmer gegenüber sowie in geringem Abstand zu diesem angeordnet ist.
Schwenklager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalaufnehmer (4) in einem Durchgangsloch (12) angeordnet ist, das in dem Ring, mit dem er verbunden ist, vorgesehen ist.
Schwenklager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Band eine Schicht aus Plastoferrit aufweist, die zwischen einem Schutzband aus nicht magnetischem Stahl und einem Trägerband angeordnet ist.
Schwenklager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalaufnehmer im Bezug auf den Signalgeber radial angeordnet ist.
Schwenklager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (3) in einer Nut (11) aufgenommen ist, die auf einer zylindrischen Fläche (6) des Rings, mit dem er verbunden ist, angeordnet ist.
Schwenklager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalaufnehmermittel zwei Signalaufnehmer enthält.
Schwenklager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (2) nicht aneinander stoßende Enden umfasst und das Lager eine Verarbeitungseinheit für die von den Signalaufnehmern gesendeten Informationsdaten umfasst, die in der Lage ist, eine anormale Information zu erfassen, die von einem sich gegenüber den nicht aneinander stoßenden Enden des Signalgebers befindenden Signalaufnehmer herrührt.
Schwenklager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er Dichtungsmittel (15, 17) aufweist, die zwischen den beiden Ringen (1, 2) einen geschlossenen Raum festlegen, in dem die Wälzelemente (5) und das Sensormittel angeordnet sind.