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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von mit Messwertaufnehmern
ausgestatteten Wälzlagern
von der Art, die einen stillstehenden Ring und einen umlaufenden
Ring, eine oder mehrere Reihen von Wälzelementen, die mit an den
Ringen eingerichteten Laufbahnen in Berührung stehen, eine an dem stillstehenden
Ring befestigte Signalaufnehmereinrichtung und ein Signalgebermittel
enthält,
das an dem umlaufenden Ring befestigt ist und bei einer Drehbewegung
in einem radialen Abstand vor dem Signalaufnehmer umläuft.
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Die
Druckschrift
US 5 017
866 A beschreibt ein mit einem axialen Spalt versehenes
Wälzlager, das
Rollen, die zwischen zwei Ringen angeordnet sind, und einen Signalaufnehmer
aufweist, der an einem flexiblen Arm eines Trägers in Radialrichtung nach
außen
vorstehend befestigt ist. Eine Magnetfeldquelle ist an einer umlaufenden
Fläche
montiert, während
der Signalaufnehmer drehfest mit dem stillstehenden Ring verbunden
ist.
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Diese
Wälzlagerart
wird in mehreren Anwendungen eingesetzt, bei denen es erforderlich
ist, genaue Informationen über
Parameter in Bezug auf eine Winkelverstellung eines mechanischen
Elementes, insbesondere über
die Geschwindigkeit oder die Winkelstellung, zu erhalten. Diese
Wälzlager
können beispielsweise
in Elektromotoren, Robotern oder Mixern oder zahlreichen umlaufenden
Einrichtungen verwendet werden.
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Ein
bei einem instrumentierten Wälzlager dieser
Art zu lösendes
Problem liegt bei der erzielbaren Genauigkeit der Breite des zwischen
dem Signalaufnehmer und dem Signalgeber vorhandenen Radialspaltes,
wobei die Qualität
und die Zuverlässigkeit des
erhaltenen Signals von diesem Parameter abhängt. Die Genauigkeit des Wertes
der Spaltbreite hängt
insbesondere von der Konzentrizität der Ringe des Wälzlagers,
der Konzentrizität
des Signalgebers in Bezug auf den umlaufenden Ring und von der radialen
Stellung des Signalaufnehmers in Bezug auf eine Referenzfläche des
stillstehenden Ringes ab. Die Konzentrizität der Ringe des Wälzlagers
wird konstruktionstechnisch erreicht, da ein Wälzlager ein präzises mechanisches
Bauteil bildet. Die Konzentrizität
des Signalgebers in Bezug auf den umlaufenden Ring des Wälzlagers
bereitet insbesondere insoweit keine Probleme, als der ringförmige Signalgeber
auf eine Maß geschliffene
Lagerfläche
des umlaufenden Ringes aufgezogen werden kann. Die radiale Stellung
des Signalaufnehmers in Bezug auf eine Referenzfläche des
stillstehenden Ringes des Wälzlagers bleibt
jedoch der Parameter, der die endgültige Genauigkeit der Spaltbreite
bestimmt.
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Bei
den herkömmlichen
Systemen ist das elektronische Bauelement, das den Signalaufnehmer bildet,
an einem im Allgemeinen aus Kunststoff gefertigten Träger befestigt,
um somit eine Signalaufnehmerbaugruppe zu bilden, die selbst an
dem stillstehenden Ring des instrumentierten Wälzlagers positioniert ist.
Daraus ergibt sich, das ein präziser
Spalt zwischen dem Signalaufnehmer und dem Signalgeber zum großen Teil
von der Genauigkeit abhängt, mit
der der Signalaufnehmer in Bezug auf seinen Träger und der Träger in Bezug
auf eine Referenzfläche des
stillstehenden Ringes des Wälzlagers
in Radialrichtung positioniert werden können. Daraus folgen zum einen
verhältnismäßig höhere Herstellungskosten
und zum anderen zusätzliche
Gefahren, dass der endgültige
Wert der Spaltbreite, die sich zwischen dem Signalaufnehmer und
dem Signalgeber ergibt, schwanken kann.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der oben erwähnten Vorrichtungen
zu beseitigen und ein Wälzlager
vorzuschlagen, das es ermöglicht, sich
von dem Problem der radialen Positionierung des Signalaufnehmers
in Bezug auf seinen Träger
zu befreien.
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Das
Wälzlager
gemäß der Erfindung
weist einen stillstehenden Ring, einen umlaufenden Ring, wenigstens
eine Reihe von Wälzkörpern, die
zwischen dem stillstehenden Ring und dem umlaufenden Ring angeordnet
sind, ein Signalgebermittel, das mit dem umlaufenden Ring fest verbunden
und konzentrisch zu diesem angeordnet ist, sowie ein Signalaufnehmermittel
auf, das mit einem Träger
versehen, mit dem stillstehenden Ring drehfest verbunden und mit
geringem Abstand zu dem Signalgebermittel diesem gegenüber angeordnet
ist, dessen Vorbeilaufen bei einer Rotation durch das Signalaufnehmermittel erfasst
wird. Das Signalaufnehmermittel steht mit einer Referenzfläche des
stillstehenden Rings unmittelbar in Anlage.
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Aufgrund
der Positionierung des Signalaufnehmers in Bezug auf seinen Träger und
des Trägers in
Bezug auf den stillstehenden Ring wird somit eine mögliche Schwankung
des Wertes der Spaltbreite unterdrückt.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass der Träger
auf das Signalaufnehmermittel eine beständige Kraft in Richtung der
Referenzfläche
ausübt.
Diese Kraft verhindert eine möglicherweise
unbeabsichtigte Verlagerung des Signalaufnehmermittels.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist das Signalaufnehmermittel wenigstens einen magnetisch
empfindlichen Signalaufnehmer, beispielsweise einen Hall-Sensor,
oder einen optischen Signalaufnehmer auf, während das Signalgebermittel einen
mehrpolig magnetisierten Ring aufweist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist das Signalaufnehmermittel wenigstens einen Signalaufnehmer
auf, wobei jeder Signalaufnehmer mit einem Gehäuse versehen ist, das eine
mit der Referenzfläche
des stillstehenden Ringes in Berührung
stehende Bezugsseite und eine Erfassungsseite aufweist, die zu der
Bezugsseite entgegengesetzt gerichtet und dem Signalgebermittel
gegenüber
angeordnet ist.
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Vorzugsweise
weist das Gehäuse
zwei geneigte Flächen
auf, die eine sich an jede Kante der Erfassungsseite anschließende Abschrägung bilden. Der
Träger
des Signalaufnehmers kann ringförmig gestaltet
und mit wenigstens einem Sitz versehen sein, der zur Aufnahme eines
Signalaufnehmers vorgesehen ist, wobei jeder Sitz einen Einschnitt
aufweist, dessen Ränder
Flächen
zur Positionierung des Signalaufnehmers in Bezug auf den Träger bilden. Vorteilhafterweise
sind die Ränder
des Sitzes auf eine in Richtung des Innenraums des Lagers zusammenlaufende
Weise angeordnet und stehen mit den geneigten Flächen des Gehäuses in
Berührung.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist der Träger
wenigstens ein Durchgangsmittel für Anschlussstifte des Signalaufnehmermittels
auf.
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Vorteilhafterweise
weist der Träger
einen Grundkörper
und ein Halteelement auf, die ringförmig ausgebildet sind, wobei
der Grundkörper
mit der äußeren Stirnseite
des Fortsatzes in Berührung
steht und das Halteelement die Bohrungswand des Fortsatzes berührt.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung steht die Bezugsseite des Gehäuses in Bezug auf die Umfangsseite
des Trägers
radial vor.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Träger
mit zwei axialen Nuten versehen, die in der Lage sind, mit komplementären Flächen des
stillstehenden Ringes zusammen zu wirken.
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Es
werden somit ein oder mehrere Signalaufnehmer erhalten, deren räumliche
Position durch ihren Kontakt mit der Referenzfläche des stillstehenden Ringes
unmittelbar vorgegeben ist, wodurch die Möglichkeiten einer Schwankung
des Wertes der Spaltbreite zwischen dem Signalaufnehmer und dem Signalgeber
deutlich reduziert ist.
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Die
Erfindung wird beim Studium der detaillierten Beschreibung einiger
Ausführungsformen
verständlicher,
die zu Beispielszwecken angegeben sind und keinesfalls den Schutzbereich
beschränken
und die in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht sind, in denen zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Wälzlagers
gemäß der Erfindung,
im Längsschnitt;
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2 eine
Schnittansicht längs
der Linie II-II nach 1;
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3 eine
Draufsicht auf einen Signalaufnehmerträ ger, betrachtet von der Seite;
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4 eine
der 3 entsprechende Draufsicht, betrachtet von oben;
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5 eine
Draufsicht auf einen Signalaufnehmerträger, der mit einem Signalaufnehmer
ausgestattet ist, mit Blick von vorne;
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6 eine
Perspektivdarstellung eines Signalaufnehmers;
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7 eine
Axialschnittansicht eines Wälzlagers
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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8 eine
Draufsicht auf ein Wälzlager
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung, betrachtet von oben;
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9 eine
Schnittansicht längs
der Linie IX-IX nach 8;
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10 einen
Ausschnitt einer Draufsicht auf ein Wälzlager gemäß der 8;
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11 eine
Draufsicht auf einen Signalaufnehmerträger, betrachtet von der Seite;
und
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12 eine
Draufsicht auf den Signalaufnehmerträger nach 11,
betrachtet von oben.
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Wie
in den Figuren ersichtlich, weist das Wälzlager einen Außenring 1,
der in seiner Bohrung eine Laufbahn 2 für Wälzkörper 3, beispielsweise
Kugeln, aufweist, sowie einen Innenring 4 auf, der mit einer
Laufbahn 5 für
die Wälzkörper 3 versehen
ist. Die Wälzkörper 3 sind
durch einen Käfig 6 in
Umfangsrichtung voneinander beabstandet gehalten. Eine Dichtung 7 ist
auf einer Seite des Wälzlagers vorgesehen
und an dem Außenring 1 mittels
einer Rille 8 befestigt, die axial zwischen der Laufbahn 2 und
einer radialen Stirnseite des Außenrings 1 angeordnet
ist.
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Auf
der von der Dichtung 7 wegweisenden Seite weist der Außenring
einen axialen Fortsatz 9 auf, dessen Umfangsfläche 9a einen
kleineren Durchmesser als die Umfangsfläche des Außenrings 1 aufweist
und dessen Innenbohrung 9b weiter ist, als die Innenbohrung
des Außenrings 1.
Der axiale Fortsatz 9 endet in einer radialen Stirnfläche 9c.
Der Innenring 4 weist ebenfalls einen axialen Fortsatz 10 auf,
der auf der gleichen Seite wie der axiale Fortsatz 9 liegt,
eine identische Innenbohrung wie der Innenring 4 aufweist
und auf seiner Außenseite
mit einer Maß geschliffenen
Lagerfläche 10a versehen
ist.
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Ein
Signalgeber 11 ist mit einem aktiven Teil 12,
das beispielsweise aus einem Kunststoff, in dem Magnetteilchen eingelagert
sind, verwirklicht ist, und mit einem Träger aus Blech 13 versehen,
auf den das aktive Teil 12 aufgegossen ist und das einen
zylindrischen Abschnitt 13a zum Aufziehen sowie einen radialen
Rand 13b aufweist. Das aktive Teil 12 weist eine
zylindrische Außenfläche 12a auf.
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Ein
Signalaufnehmer 14 ist mit dem Außenring 1 verbunden,
der zylindrischen Fläche 12A des aktiven
Teils 12 des Signalgebers 11 gegenüber und in
geringem Abstand zu dieser montiert, um einen radialen Spalt 15 festzulegen.
Der Sig nalaufnehmer 14 ist durch einen Träger 16 getragen,
der einen Verbindungsanschluss 17 aufweist, in dem ein
Kabel 18 montiert ist, der es ermöglicht, von dem Signalaufnehmer
herrührende
Informationsdaten an Einrichtungen zu übertragen, die dazu bestimmt
sind, diese Daten zu empfangen.
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Der
Signalaufnehmerträger 16 ist
von einem aus Blech gebildeten Deckel 19 umgeben, der mit
einem zylindrischen Abschnitt 20, dessen eines Ende auf
der Außenumfangsfläche 9A des
Fortsatzes 9 des Außenrings 1 steckt,
und mit einem Radialabschnitt 21 versehen ist, an dem eine
Durchgangsöffnung 22 vorgesehen
ist, die den Verbindungsanschluss 17 hindurchtreten lässt. Das
freie Ende des radialen Abschnitts 22 trägt eine
Dichtung 23, die mit der zylindrischen Lagerfläche 10a des
Fortsatzes 10 des Innenrings 4 schleifend in Berührung steht.
Der Deckel 19 legt gemeinsam mit dem Außenring 1 und dem
Innenring 4 sowie den Wälzkörpern 3 einen
gegen äußere Verunreinigungen
geschützten
geschlossenen Raum, in dem der Signalgeber 11 und der Signalaufnehmer 14 untergebracht
sind.
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Der
Träger 16 des
Signalaufnehmers 14 weist einen Grundkörper 24, der in Axialrichtung
zwischen dem Radialabschnitt 21 des Deckels 19 und der
Stirnfläche 9c des
Fortsatzes 9 angeordnet ist, und ein Rückhalteelement 25 auf,
das in Axialrichtung zwischen dem Grundkörper 24 und den Wälzkörpern 3,
um den Signalgeber 11 herum angeordnet ist. Der Grundkörper 24 und
das Rückhalteelement 25 sind
ringförmig
gestaltet, mit der Ausnahme, dass das Rückhalteelement 25 mit
einem Aufnahmesitz 26 für
den Signalaufnehmer 14 versehen ist. Der Sitz 26 ist
mit geneigten Rändern 27 versehen.
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Wie
es insbesondere aus 6 ersichtlich, ist der Signalaufnehmer 14 in
Form einer Komponente ausgebildet, die ein Gehäuse 28 aufweist, das
mit einer Bezugsfläche 29,
einer der Bezugsfläche 29 gegenüberliegenden
Erfassungsfläche 30,
zwei von beiden Seiten der Erfassungsfläche angeordneten Seitenfasen
und mit Kontaktstiften 32 versehen ist, die von einer weiteren
Seite des Gehäuses 28 nach außen ragen.
Der Signalaufnehmer 14 wird durch eine axiale Bewegung
an dem Träger 16 angebracht. Die
Kontaktstifte 32 werden in einen Durchgang 33 (3)
eingesteckt, der zu diesem Zweck vorgesehen ist und den Grundkörper 24 durchsetzt.
Am Ende der axialen Bewegung wird das Gehäuse 28 in dem Sitz 26 angeordnet,
wobei die Seitenfasen 31 der Erfassungsfläche 30 mit
den geneigten Flächen 27 in Wechselwirkung
treten, bis das Gehäuse 28 mit
dem Grundkörper 24 in
Anlage kommt. Der Signalaufnehmer ist somit in dieser Stellung mit
dem Träger
fest verbunden, beispielsweise mittels eines Harzes, der in den
Bereich des Verbindungsanschlusses 17 eingebracht wird.
Das Gehäuse 28 befindet
sich somit in der in den 2 und 5 veranschaulichten
Stellung. Die Bezugsfläche 29 des
Gehäuses 28 ist
nach außen
gerichtet, um über
ihre Ränder
mit der Bohrungswand 9b des Fortsatzes 9 in Berührung zu
treten, die als Referenzfläche
dient.
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Um
den Kontakt zwischen dem Gehäuse 28 und
der Bohrungswand 9b des Fortsatzes 9 sicherzustellen,
ist vorgesehen, dass die Bezugsfläche 29 in Bezug auf
die Umfangsfläche
des Haltelementes 25 in Radialrichtung geringfügig nach
außen
vorragt. Der Träger 16 des
Signalaufnehmers 14 ist aus einem Material gefertigt, das
eine gewisse Nachgiebigkeit aufweist. Der Träger 16 ist dazu vorgesehen,
um mit einem nur sehr geringen Spiel in die Bohrung 9b eingeführt zu werden.
Es kann somit vorgesehen sein, dass der der Ge samtheit aus dem Halteelement 25 und
dem Gehäuse 28 umbeschriebene
Kreis einen etwas größeren Durchmesser
aufweist, als die Bohrung 9b des Fortsatzes 9 (5).
Nach der Montage des Trägers 16 an
dem Außenring 1 übt der Träger somit
durch die Elastizität über die
schrägen
Flächen 27 des
Halteelementes 25 eine radiale Kraft auf das Gehäuse 28 aus,
wobei diese radiale Kraft das Gehäuse 28 mit der Referenzbohrung 9B fortdauernd
in Anlage hält.
Der Signalaufnehmer 14 steht somit mit einer Referenzfläche des
Außenrings 1 unmittelbar
in Berührung,
dessen radialer Abstand zu dem Signalaufnehmer genau und kontrollierbar
ist.
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Bei
der in den 7 bis 12 veranschaulichten
Ausführungsform
ist der Träger 16 des
Signalaufnehmers 14 in einer Bauart mit einer Gleitführung ausgebildet
und weist zwei axiale Nuten 35 auf, die in dem Grundkörper 24,
an jedem Rand von diesem und in Radialrichtung auf gleicher Höhe mit der
Außenfläche des
Halteelementes 25 vorgesehen sind. Der Außenring 1 ist
mit einem zusätzlichen
Fortsatz 36 versehen, der in Axialrichtung verläuft und über den
Fortsatz 9 vorragt. Der zusätzliche Fortsatz 36 ist ringförmig gestaltet
und lediglich durch eine Aussparung 37 unterbrochen, die
mit parallelen Rändern 38 versehen
ist, die mit den Nuten 35 des Trägers 16 zusammenwirken.
Somit wird die Verbindung zwischen dem Träger 16 und dem Außenring 1 sichergestellt. Der
Verbindungsanschluss 17 ist hier in radialer Richtung ausgeführt, was
es ermöglicht,
den axialen Raumbedarf des Wälzlagers
zu verringern. Der zusätzliche
Fortsatz 36 des Außenrings 1 kann
aus dem letzteren hervorgehen und maschinell hergestellt sein, oder,
im Gegensatz hierzu, beispielsweise durch Löten oder Schweißen angefügt sein.
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Die
Abmessungen der unterschiedlichen Elemente sind derart gewählt, dass
nach dem Anbringen des Trägers 16 an
dem Außenring
das Gehäuse 28 des
Signalaufnehmers auf elastische Weise zwischen den geneigten Flächen 27 des
Haltelementes 25 und der Bohrungswand 9b des Außenrings
eingeklemmt ist, wodurch eine streng genaue Spaltbreite zwischen
dem Signalaufnehmer und dem Signalgeber sichergestellt ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es
kann insbesondere ein Wälzlager
vorgesehen sein, das mit mehreren Signalaufnehmern und mit einem
Träger
ausgestattet ist, der mit einer entsprechenden Anzahl von Lagersitzen
versehen ist. Auf diese Weise könnte
die Drehrichtung und/oder die Winkelstellung eines Ringes in Bezug
auf den anderen ermittelt werden. Das Wälzlager kann auch mit einem
umlaufenden Außenring
und einem stillstehenden Innenring versehen sein. Es kann auch ein
Signalaufnehmer vorgesehen sein, dessen Gehäuse keine Seitenfasen aufweist.
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Zufolge
der Erfindung wird kostengünstig eine
perfekte radiale Positionierung des Signalaufnehmers in Bezug auf
eine Referenzfläche
des stillstehenden Ringes erreicht und somit der Wert der Spaltbreite
zwischen dem Signalaufnehmer und dem Signalgeber kontrollierbar
eingehalten.