DE69814951T2

DE69814951T2 - Lageranordnung mit eingebautem Stromgenerator

Info

Publication number: DE69814951T2
Application number: DE1998614951
Authority: DE
Inventors: Paolo Bertetti; Paolo Forestiero; Andreas Rütter
Original assignee: SKF Industrie SpA
Current assignee: SKF Industrie SpA
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: IT1291171B1; EP0864450B1; ITTO970186A1; EP0864450A1; DE69814951D1

Description

Hinterer Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine insbesondere für eine Fahrzeugradnabe vorgesehene Lageranordnung, die einen integrierten Stromgenerator aufweist.
Stand der Technik und kurze Erläuterung desselben
Die Reifen mancher Fahrzeuge besitzen Sensoren zum Messen des Reifendrucks oder der Reifentemperatur. Diese Sensoren sind mit einem Hochfrequenz-Sender verbunden, der ebenfalls am Rad montiert ist, um die erfassten Daten zu einem an Bord des Fahrzeuges befindlichen Empfänger zu übermitteln. Minibatterien, die in dem Sender eingebaut oder irgendwie hiermit verbunden sind, versorgen den sich drehenden Sender und die Sensoren.
Die Energiezuführung durch die Batterien weist unter technischen, betriebsmäßigen und aus Umwelt-Gesichtspunkten Nachteile auf. So haben Batterien eine kurze Lebensdauer, da sie an Stellen angeordnet werden, die hohe Temperaturen aufweisen. Außerdem sind sie starken Schwingungen ausgesetzt, die das System sehr unzuverlässig machen.
Diese Lösung ist nicht sehr praktisch, da zum Austauschen der Batterie der Sendeeinheit es notwendig ist, den Reifen von der Fahrzeugfelge abzunehmen. Aus Umwelt-Gesichtspunkten besteht das Problem, das die leeren Batterien gesammelt, beseitigt und recycelt werden müssen.
Die vorliegende Erfindung realisiert ein System, um lokal Strom zu erzeugen, um das rotierende Senderteil zu speisen, und das somit die Verwendung von Batterien vermeidet und die hiermit verbundenen Nachteile behebt.
Die US-A-S 440 184 offenbart ein Axiallager für einen Eisenbahnwagen mit integriertem Stromgenerator. Der Stromgenerator umfasst einen Stator mit an dem stationären Lagerbauteil angebrachten Statorwicklungen und einen magnetisierten Rotor, der an dem rotierenden Lagerbauteil befestigt ist.
Es ist auch die Offenbarung der DE-A-41 25 697 zu beachten, die eine Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwirklichung eines Stromzuführsystems einer rotierenden Sendeeinrichtung, insbesondere ein sich an dem Rad oder dem Reifen eines Fahrzeuges befestigter Sender, wobei ein Wechselstromgenerator in dem Lager integriert ist. Im Vergleich zu den herkömmlichen Generatoren ist die Generatorkonfiguration umgedreht. Bei der vorliegenden Erfindung umfasst der Generator einen an dem rotierenden Lagerbauteil befestigten Stator, der im Betrieb einem an dem stationären Lagerteil fixierten Rotor zugewandt ist.
Der Stator, der an dem Rad befestigt ist, dreht sich und speist somit die Sendeeinrichtung wie beispielsweise ein Hochfrequenzsender, der Informationen betreffend die sich drehenden Bauelemente zu einer Empfangseinrichtung, die sich an Bord des Fahrzeuges befindet oder in irgendwie an dem sich nicht drehenden Bauteil angebracht ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die konstruktiven und betriebstechnischen Merkmale einiger bevorzugter, nicht beschränkender Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen nachfolgend beschrieben, wobei:
1 und 2 schematisch zwei mögliche Ausgestaltungen der Lageranordnung gemäß der Erfindung zeigen,
3 bzw. 4 jeweils schematische Axialschnitte der Lageranordnung einer Fahrzeugradnabe zeigen, wobei die Lager zwei alternative Ausführungsformen eines integrierten Stromgenerators aufweisen, und
5 eine weitere schematische Ausgestaltung der Lageranordnung gemäß der Erfindung ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Prinzipdarstellung der 1 kennzeichnen die Bezugszeichen 10 und 11 den stationären bzw. den rotierenden Lagerring eines Lagers, insbesondere eines Lagers einer Fahrzeugradnabe. An dem Lager ist ein Wechselstromgenerator angebracht. Der Generator umfasst einen Rotor 12, der an dem stationären Lagerring 10 oder alternativ an dem Lagerhalter befestigt ist, und besitzt einen Stator 13, der an dem rotierenden Lagerring 11 angebracht ist.
Der Generator kann in Bezug auf seine Bauteile verschiedene Ausgestaltungen haben. Der Stator umfasst notwendigerweise eine Spule, während der Rotor ein Bauelement besitzt, das geeignet ist, elektrische Pulse in der Statorspule zu erzeugen. Wie in den Beispielen der 3 und 4 gezeigt, könnte das pulserzeugende Element entweder ein multipolar magnetisierter Ring sein, der der Statorspule zugewandt ist, oder es könnte ein gezahnter (oder Öffnungen aufweisender) Metallring sein, der einem Stator zugewandt ist, der wiederum eine Spule und einen magnetisierten Ring umfasst. In dem Beispiel der 3 umfasst der Rotor 12 einen gezahnten Ring, der an dem stationären Ring 10 des Lagers befestigt ist. Der Stator 13, der eine Spule 13a seitlich eines magnetisierten Rings 13b umfasst, ist über die durch den magnetisierten Ring 13b und die Spule 13a erfolgende Magnetflussänderung gekoppelt, und somit wird in der Spule ein Wechselstrom erzeugt.
Es wird wiederum auf die Prinzipdarstellung in der 1 Bezug genommen. An den Anschlüssen der Spule 13 wird ein Wechselstrom erzeugt, der eine Frequenz und eine Amplitude hat, die der Drehgeschwindigkeit und den Generatorkennmerkmalen entsprechen. Der Stator ist mit einem AC/DC-Gleichrichter 14, der Gleichstrom speist, über ein Speisekabel 15 mit einem Sender 16 verbunden, beispielsweise einem Hochfrequenzsender, der am Reifen oder an der Radfelge befestigt ist. Der Sender ist mit einem oder mehreren Sensoren 17, 18 verbunden, die relevante Daten des Reifens wie beispielsweise den Druck und/oder die Temperatur oder den Reifenlaufflächenverschleiß erfassen. Der Sender 16 sendet die Daten zu einem Empfänger (nicht gezeigt) an Bord des Fahrzeuges.
Vorzugsweise ist ein Verbinder 19 an dem Speisekabel 15 vorgesehen, um die Verbindung zu lösen, wenn das Lager vom Rad abgenommen werden muss.
Die Darstellung der 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung zu der, die in der 1 gezeigt ist. Bei dieser Alternative ist der Sender 16 zusammen mit dem Generator 12, 13 und dem Gleichrichter 14 in dem Lager vorgesehen und über entsprechende Kabel 20, 21 mit den an dem Rad oder dem Reifen angeordneten Sensoren 17, 18 verbunden. Die Verbindungskabel 20, 21 werden nur zur Übermittlung der Signale und nicht zur Stromzuführung verwendet. Auch in diesem Fall sind ein oder mehrere Verbinder 19 vorhanden, damit man den Reifen vom Lager abnehmen kann.
Der Sensor könnte Temperatursonden oder Thermokoppler aufweisen, die an den Bremsen befestigt sind, um gleichzeitig über ein einziges Mehrkanal-Übertragungssystem Informationen zu übertragen.
Bei einer weiteren Alternative (nicht gezeigt) der schematisch dargestellten Konfiguration der 1 ist der zwischen dem Generator und dem Sender liegende Gleichrichter 14 in dem Sender am Rad anstatt im Lager integriert.
Die 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung zu der, die in der 3 gezeigt ist. In der 4 ist der rotierende Lagerring 11 der Außenring, der Stator, der eine Spule 13 umfasst, ist an dem Außenring angebracht, und die Spule ist dem Rotor zugeordnet, der einen multipolar magnetisierten Ring 12 umfasst, der an dem stationären Lagerring 10 angebracht ist. In dem unteren Teil der Zeichnung befindet sich das Stromzuführkabel 15, das den an dem Rad angebrachten Sender (nicht gezeigt) über eine Öffnung 22 erreicht, die in der Trommelbremse 23 vorhanden ist.
Es sollte beachtet werden, dass das Ausgangssignal von dem Generator, bevor es gleichgerichtet wird, ein Gleichstromsignal ist, das Informationen enthält, die bezüglich der Winkelgeschwindigkeit und der Radbeschleunigung relevant sind. Wie schematisch in 5 gezeigt, kann das erzeugte Signal vorteilhafterweise direkt durch ein separates Kabel 15a zu dem Sender übertragen werden, ohne dass es gleichgerichtet wird, um die kinematischen Daten an den Empfänger zu übermitteln.
Neben dem, dass die Nachteile des Standes der Technik betreffend die Verwendung von Batterien behoben sind, eliminiert die vorliegende Erfindung alle Kabel, die derzeit bei ABS-, ASR-Systemen vorhanden sind, was Gewicht und Kosten spart und eine verbesserte Zuverlässigkeit mit sich bringt.
Außerdem erlaubt die Ausgestaltung gemäß der Erfindung gleichzeitig die Übertragung von vielen Informationen zu dem an Bord des Fahrzeuges befindlichen Empfänger über ein einziges Multikanal-Übertragungssystem, wie beispielsweise Daten, die bezüglich des Reifendrucks und der Reifentemperatur, dem Radlaufflächenverschleiß, der Bremsentemperatur und der lateralen als auch longitudinalen Beschleunigungen relevant sind.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, da solche Ausführungsformen als in die Praxis umgesetzte Lageranordnungsbeispiele zu erachten sind, die Änderungen in Bezug auf die Form und Konfiguration als auch Änderungen in strukturellen und funktionellen Einzelheiten unterliegen. Insbesondere kann die Erfindung in anderen technischen Bereichen als dem Automobilsektor verwendet werden. Allgemein kann die Erfindung überall eingesetzt werden, wo immer es nützlich ist, Informationen betreffend sich drehender Bauelemente zu erhalten, um deren Betrieb zu kontrollieren und/oder zu überwachen.

Claims

Lageranordnung, insbesondere für eine Fahrzeugradnabe, umfasend ein stationäres Bauteil (10), ein rotierendes Bauteil (11) und einen integrierten Stromgenerator (12, 13), der wiederum einen Rotor (12), der an dem stationären Bauteil (10) befestigt ist, und einen an dem rotierenden Bauteil (11) angebrachten Stator (13) zur lokalen Erzeugung von elektrischem Strom umfasst, wobei die Lageranordnung des Weiteren eine durch den elektrischen Strom angetriebene und zur Drehung mit dem rotierenden Bauteil angebrachte Sendeeinrichtung (16) und eine mit der Sendeeinrichtung verbundene Sensoreinrichtung (17, 18) umfasst, die an einem Bauelement angebracht ist, das zur Drehung mit dem rotierenden Teil (11) befestigt ist, wobei die Sendeeinrichtung (16) Informationen bezüglich der rotierenden Teile (11) zu einer Empfangseinrichtung sendet, die an einem nicht rotierenden Bauteil angebracht ist, sich insbesondere an Bord eines Fahrzeuges befindet, wobei die Lageranordnung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rotor (12) und der Stator (13) in dem stationären Bauteil (10) bzw. dem rotierenden Bauteil (11) der Lageranordnung integriert sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (16) in den Generator eingebaut und an dem Lager angebracht ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinrichtung (16) an dem Fahrzeugrad angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sensoreinrichtung (17, 18) zum Erfassen des Fahrzeugreifendruckes und der Fahrzeugreifentemperatur umfasst, wobei die Sensoreinrichtung in der Sendeeinrichtung (16) integriert ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator einen Gleichstrom zur unmittelbaren Speisung der Sendeeinrichtung (16) erzeugt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromgenerator (12, 13) ein Wechselstromgenerator ist, der mit einem Stromgleichrichter (14) verbunden ist, der wiederum in der Leitung zwischen dem Stator (13) und der Sendeeinrichtung (16) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (14) in der Sendeeinrichtung integriert und am Fahrzeugrad befestigt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter (14) in dem Stator integriert ist, der auf dem rotierenden Lagerbauteil befestigt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Sensor (17) für die Reifentemperatur umfasst.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Sensor (18) für den Reifendruck umfasst.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung eine den Verschleiß der Reifenlauffläche erfassende Einrichtung ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Sensor für die Temperatur der Fahrzeugradbremse umfasst.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal von dem Stator (13) neben dem, dass es zur Einspeisung in die Sendeeinrichtung verwendet wird, bevor es gleichgerichtet wird, direkt zu der Sendeeinrichtung (16) übertragen wird, um der Empfangseinrichtung die kinematischen Daten betreffend die rotierenden Bauteile zu übertragen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) einen gezahnten (oder Öffnungen aufweisenden) Ring umfasst, der an dem stationären Lagerring (10) befestigt ist, und dass der Stator (13) eine Spule (13a) umfasst, die an der Seite eines magnetisierten Ringes (13b) angeordnet ist, wobei beide an dem rotierenden Lagerring (11) fixiert sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) einen mehrpoligen magnetisierten Ring umfasst, der an dem stationären Lagerring (10) befestigt ist, und dass der Stator eine Spule (13) umfasst, die an dem rotierenden Lagerring (11) befestigt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem Fahrzeugrad befestigten Elemente mit den an dem Lager befestigten Elementen über ein oder mehrere Kabel, die mit ein oder mehreren Anschlüssen (15) versehen sind, elektrisch verbunden sind.