WO2018019322A1 - Lageranordnung mit messanordnung zum messen einer kraft und/oder eines momentes - Google Patents

Lageranordnung mit messanordnung zum messen einer kraft und/oder eines momentes Download PDF

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WO2018019322A1
WO2018019322A1 PCT/DE2017/100478 DE2017100478W WO2018019322A1 WO 2018019322 A1 WO2018019322 A1 WO 2018019322A1 DE 2017100478 W DE2017100478 W DE 2017100478W WO 2018019322 A1 WO2018019322 A1 WO 2018019322A1
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bearing
ring
magnetic field
field sensors
measuring
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PCT/DE2017/100478
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Stefan GLÜCK
Stephan Neuschaefer-Rube
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • F16C19/522—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to load on the bearing, e.g. bearings with load sensors or means to protect the bearing against overload
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/18—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls
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    • F16C19/183—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles
    • F16C19/184—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement
    • F16C19/185—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement with two raceways provided integrally on a part other than a race ring, e.g. a shaft or housing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
    • G01L5/0023—Force sensors associated with a bearing by using magnetic sensors

Definitions

  • the present invention relates to a bearing arrangement with a first bearing ring and with respect to the first bearing ring rotatable about an axis second bearing ring.
  • the bearing arrangement comprises a measuring arrangement for measuring a force acting on the first bearing ring and / or a force acting on the first bearing ring torque.
  • EP 2 365 927 B1 shows a bottom bracket with two cranks and with one
  • Chainring carrier which is connected to a shaft of the bottom bracket.
  • Sprocket carrier is rotatably connected to a chainring shaft, which in turn is rotatably connected to the shaft.
  • the sprocket shaft has a section on a magnetization.
  • Magnetization detected at a present in the range of the magnetization torque is Magnetization detected at a present in the range of the magnetization torque.
  • US 6,490,934 B2 teaches a magnetoelastic torque sensor for measuring a torque, which refers to an element with a
  • ferromagnetic, magnetostrictive and magnetoelastically active region acts. This area is formed in a transducer, which sits as a cylindrical sleeve, for example, on a shaft. The torque sensor faces the transducer. From EP 0 803 053 B1 a torque sensor is known, which has a
  • magnetoelastic transducer comprises.
  • the transducer sits as a cylindrical sleeve on a shaft.
  • EP 2 799 827 A1 a magnetoelastic torque sensor is known in which magnetic field sensors are arranged in the interior of a hollow shaft.
  • the hollow shaft has circulating magnetizations with opposite polarities.
  • DE 10 201 1078 819 A1 shows a split roll stabilizer with a sensor for determining a torque acting in the roll stabilizer.
  • the sensor comprises a magnetically coded primary sensor, which consists of one on the
  • Roll stabilizer sitting sleeve can be formed.
  • the magnetically encoded primary sensor may be formed by a sleeve which is introduced into a cavity of a hollow flange of the roll stabilizer.
  • DE 10 2015 202 240 B3 discloses an arrangement for measuring a force acting on a machine element and / or a moment acting on a machine element using the inverse-magnetostrictive effect.
  • the machine element has at least two circumferentially extending ones
  • the arrangement comprises at least three magnetic field sensors which are each designed to measure a directional component of a magnetic field caused by the magnetization and by the force or the moment.
  • the object of the present invention starting from the prior art is to be able to make the measurement of forces and moments on a bearing assembly more accurately, for which in particular the effect of magnetic
  • the bearing arrangement according to the invention is primarily used for rotational bearing of a rotating machine element with respect to a further machine element.
  • the bearing assembly comprises a first bearing ring and a relative to the first bearing ring rotatable about an axis second bearing ring.
  • the bearing assembly according to the invention represents a rotary bearing.
  • the bearing arrangement according to the invention further comprises a measuring arrangement for measuring the force acting on the first bearing ring and / or the torque acting on the first bearing ring.
  • the force acting on the first bearing ring or the force acting on the first bearing ring moment can act directly or indirectly on the first bearing ring.
  • the measuring arrangement comprises at least one ring of a magnetostrictive material.
  • the one or more rings sit on the first bearing ring.
  • the axis of the bearing assembly also represents each an axis of the rings; d. H. that the ring or rings and the bearing rings are arranged coaxially with each other.
  • the one ring or the plurality of rings have in their entirety at least one permanent magnetization revolving around the axis. If there are several of the circumferential permanent magnetizations, they are adjacent in the axial direction.
  • the circulating permanent magnetizations are preferably the same except for their sense of rotation.
  • the axis of the bearing assembly also represents in each case an axis of a rotating permanent magnetization or the plurality of rotating permanent magnetizations.
  • Permanent magnetizations are each closed around the axis.
  • Permanent magnetizations preferably each extend on a circular path.
  • the one circumferential permanent magnetization or the plurality Circumferential permanent magnetizations can each also be considered as a trace along a circular path in the respective ring.
  • the measuring arrangement further comprises at least four magnetic field sensors.
  • the magnetic field sensors are each with respect to the one circumferential
  • the spacing leads to a distance in the radial direction, in the tangential direction and / or in the axial direction.
  • the magnetic field sensors are arranged opposite to a circulating permanent magnetization or with respect to the individual revolving permanent magnetizations and designed to measure a magnetic field caused by the respective permanent magnetization and by the force and / or by the moment.
  • the measuring arrangement is thus based on the inverse magnetostrictive effect.
  • the one ring or the plurality of rings form a primary sensor within the measuring arrangement and therefore each represent a measuring ring. For this sits one ring or sit the multiple rings on the first bearing ring, so that the forces acting on the first bearing ring and / or Moment acting on the first bearing ring also leads to stresses in the one ring or in the plurality of rings.
  • the mechanical stresses in the ring or in the rings lead together with the respective
  • the primary sensor ie the one ring or the plurality of rings with the at least one circumferential permanent magnetization serves to convert the to be measured force or the torque to be measured in a corresponding magnetic field, while the secondary sensor allows the conversion of this magnetic field into an electrical signal.
  • the magnetic field sensors are each designed at least for measuring a directional component of the magnetic field produced.
  • Permanent magnetizations are preferably magnetically neutral in each case in a state unloaded by a force or by a moment outside the respective ring, so that no technically relevant magnetic field outside the respective ring can be measured.
  • the one circumferential permanent magnetization or the plurality of circumferential permanent magnetizations are preferably aligned circumferentially about the axis, so that they are formed in the tangential direction.
  • the one or more rings are preferably each annular.
  • the one or more rings may also be elliptical or oval, for example.
  • the one circumferential permanent magnetization or the plurality of circumferential permanent magnetizations preferably extend in each case annularly.
  • the one may be circumferential
  • Permanent magnetization or can be the more orbiting Permanent magnetizations, for example, elliptical or oval-shaped extend.
  • the measuring arrangement comprises the exact one ring, which has exactly the one surrounding the axis permanent magnetization.
  • At least four of the magnetic field sensors have in their axial position an offset to the axial position of the rotating permanent magnetization.
  • Permanent magnetization each arranged at least two of the magnetic field sensors whose axial displacement is equal to the amount.
  • Bearing arrangement has the one ring or have the multiple rings in their
  • Entity at least two of the circulating around the axis
  • Permanent magnetizations that have an opposite direction of rotation of their magnetizations, d. H. are in opposite directions. There are in each case at least two of the magnetic field sensors with respect to the individual revolving ones
  • Permanent magnetizations arranged.
  • at least two of the magnetic field sensors are arranged opposite each of the revolving permanent magnetizations and designed to measure a magnetic field caused by the respective permanent magnetization and by the force and / or by the moment.
  • the one ring or the plurality of rings in their entirety particularly preferably have at least three of those revolving around the axis
  • the magnetic field sensors are each for measuring at least one individual
  • the respectively measurable directional component with the magnetic field sensors or the directional components respectively measurable with the magnetic field sensors are preferably selected from the following group of directions: a direction parallel to the axis, ie an axial direction; a direction radial to the axis, ie a radial direction and a direction tangential to the axis, ie a tangential direction.
  • one or more of the magnetic field sensors are each designed to measure two or three individual directional components, these are available
  • Directional components preferably perpendicular to each other.
  • the axial direction, the radial direction and the tangential direction are perpendicular to each other.
  • Bearing arrangement are arranged opposite each of the rotating permanent magnetizations at least two of the magnetic field sensors, which are offset with respect to the axis by 180 °.
  • a straight line connecting the two magnetic field sensors intersects the axis at a right angle. The two offset by 1 80 °
  • Direction component of the magnetic field caused by the respective permanent magnetization and by the force and / or by the moment.
  • the directional component measurable with the first of the two magnetic field sensors and the directional component measurable with the second of the two magnetic field sensors are preferably aligned in parallel.
  • the magnetic field sensors are radially spaced from the respective circumferential ones
  • the magnetic field sensors are preferably arranged radially outside the respective circumferential permanent magnetization.
  • the magnetic field sensors preferably have an equal distance from the axis.
  • the magnetic field sensors have a same radial distance to the respective permanent magnetization.
  • several or all of the magnetic field sensors have the same axial position as the associated revolving permanent magnetization.
  • at least two of the magnetic field sensors each have an identical axial position as the associated circumferential permanent magnetization.
  • At least a plurality of the magnetic field sensors offset to the axial position of the associated circumferential permanent magnetization.
  • at least two of the magnetic field sensors have an identical axial position as the associated revolving permanent magnetization, while in each case at least two further of the magnetic field sensors have an offset to the axial position of the associated revolving permanent magnetization.
  • At least two of the magnetic field sensors are arranged with the axial offset on both sides of the axial position of the associated circumferential permanent magnetization.
  • Bearing arrangement are each arranged four of the magnetic field sensors at the axial position of the associated circumferential permanent magnetization, which are arranged uniformly distributed about the axis, so that they have in pairs at right angles to each other with respect to the axis.
  • These magnetic field sensors are each for individual measurement of the radial direction component, the axial
  • the magnetic field sensors are preferably arranged with the axial offset on both sides of the axial position of the associated circumferential permanent magnetization. These four magnetic field sensors each have the same tangential and radial positions as the four at the axial position of the associated circumferential permanent magnetization arranged magnetic field sensors.
  • the arranged with the axial offset magnetic field sensors are each for individual measurement of the radial
  • At least two of the magnetic field sensors are arranged at the axial position of the associated circumferential permanent magnetization, which is symmetrical in pairs with respect to a perpendicularly intersecting axis
  • Symmetrieade are arranged.
  • the magnetic field sensors are each designed for individual measurement of the radial direction component, the axial direction component and / or the tangential direction component of the magnetic field caused by the respective permanent magnetization and by the force and / or by the moment.
  • at least four of the magnetic field sensors are arranged at the axial position of the associated circumferential permanent magnetization, which are arranged in pairs symmetrically with respect to the symmetrical pitch.
  • At least two of the magnetic field sensors are arranged with the axial offset on both sides of the axial position of the associated circumferential permanent magnetization. These two magnetic field sensors each have the same tangential and radial positions as the at least two at the axial position of the associated circumferential permanent magnetization
  • the arranged with the axial offset magnetic field sensors are each for individual measurement of the radial
  • fewer or more than four of the magnetic field sensors are at the axial position of the associated circumferential ones
  • Permanent magnetization and / or arranged with the axial offset on one or both sides of the axial position of the associated circumferential permanent magnetization are each have an angle with respect to the axis in relation to one another, which deviates from a right angle or from an extended angle.
  • the measuring arrangement comprises at least two of the rings, wherein each of the rings has one of the circulating permanent magnetizations.
  • the rings are preferably each completely magnetized by the respective circumferential permanent magnetization.
  • the plurality of rings are preferably identical.
  • Bearing assembly includes the measuring assembly exactly the one ring, which has the multiple rotating permanent magnetizations. All of the circulating permanent magnetizations are formed in the one ring. The circulating permanent magnetizations preferably have an axial spacing, so that axially between the rotating permanent magnetizations
  • non-magnetized areas are present in the ring.
  • the one or more rings preferably have a rectangular or trapezoidal cross-section in their direction of rotation.
  • Cross section lies in a plane which also includes the axis of the bearing assembly.
  • the one ring or the plurality of rings preferably sit in each case in a circumferential recess formed in the first bearing ring. Accordingly, the first bearing ring for each of the rings on one of the wells.
  • the one ring or the plurality of rings preferably close flush with the associated recess so that the depression or depressions are completely filled.
  • the one ring or the plurality of rings can also protrude from the associated recess.
  • the one ring or the plurality of rings preferably alternatively sit in each case on a cylinder jacket surface of the first bearing ring.
  • the circumferential recess or the circumferential depressions preferably each extend in an annular manner.
  • the circumferential recess or recesses preferably have a rectangular or trapezoidal cross-section in their direction of rotation. This cross-section is in the plane which also includes the axis of the circumferential recess and the bearing assembly.
  • the circumferential recess ensures a secure fit of the respective ring and a secure transmission of the force to be measured or the torque to be measured on the respective ring.
  • the one ring or the plurality of rings are preferably each firmly seated on the first bearing ring.
  • the one ring or the plurality of rings preferably sit respectively
  • the one ring or the plurality of rings are preferably connected in each case materially connected to the first bearing ring.
  • the one or more rings are each formed as an integral part of the first bearing ring.
  • the one or more rings preferably have a high
  • the one or more rings are preferably made of a magnetoelastic material.
  • the one or more rings are preferably made of a ferromagnetic material.
  • the one or more rings are preferably made of a steel, particularly preferably of a tool steel.
  • the first bearing ring is formed by an outer ring of the bearing assembly, while the second bearing ring is formed by an inner ring of the bearing assembly.
  • the first bearing ring is formed by an inner ring of the bearing assembly, while the second bearing ring is formed by an outer ring of the bearing assembly.
  • the first bearing ring rests, while the second bearing ring is designed to rotate with respect to the first bearing ring.
  • the first bearing ring can also be designed to rotate.
  • the first bearing ring and the second bearing ring are preferably made of a steel; particularly preferably from a rolling bearing steel.
  • the magnetic field sensors are preferably attached to the stationary of the two bearing rings.
  • the magnetic field sensors are preferably fastened to a machine element supporting the stationary one of the two bearing rings.
  • Magnetic field sensors are particularly preferably attached to the first bearing ring.
  • the magnetic field sensors are particularly preferably fastened to a machine element carrying the stationary first bearing ring.
  • the magnetic field sensors are preferably each formed by a Forster probe, by a fluxgate magnetometer, by a Hall sensor, by a coil or by a semiconductor sensor. In principle, another type of sensor can also be used insofar as it is suitable for measuring the magnetic field produced by the inverse-magnetostrictive effect.
  • Preferred embodiments of the bearing assembly according to the invention further comprise rolling elements, which are arranged between the first bearing ring and the second bearing ring. Thus, it is in the bearing formed by the first bearing ring, the second bearing ring and the rolling elements to a rolling bearing.
  • the bearing assembly according to the invention is preferably designed for mounting a wheel of a vehicle. For this purpose, the first bearing ring or the second
  • Bearing ring preferably formed integrally with a hub.
  • Preferably designed as an inner ring second bearing ring is formed integrally with the wheel hub.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a first preferred embodiment of a bearing assembly according to the invention
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of a second preferred embodiment of the bearing assembly according to the invention.
  • Fig. 3 shows two views of a third preferred embodiment of
  • Fig. 1 shows a cross-sectional view of a first preferred embodiment of a bearing assembly according to the invention in the form of a wheel bearing for a vehicle.
  • the bearing assembly comprises an outer ring 01 and an inner ring 02, between which rolling elements 03 are arranged in the form of balls.
  • rolling elements 03 are arranged in the form of balls.
  • the bearing assembly is a rotative bearings.
  • the outer ring 01 of the bearing arrangement designed as a wheel bearing is fastened to a wheel carrier 04.
  • the inner ring 02 of the bearing arrangement formed as a wheel bearing is formed integrally with a wheel hub 06.
  • the measuring rings 07 have the same geometric
  • the measuring rings 07 each have a rectangular cross-section.
  • the measuring rings 07 each have a circumferential permanent magnetization 08, which is imaged by an arrow or by an arrowhead.
  • the circumferential permanent magnetizations 08 follow the circumferential shape of the respective Measuring ring 07. However, the two circumferential permanent magnetizations 08 have an opposite direction of rotation.
  • the measuring rings 07 each sit in a circumferential recess 09 in the outer ring 01 and close flush with this.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a second preferred embodiment of the bearing assembly according to the invention. This embodiment is initially similar to the embodiment shown in FIG. In contrast to that shown in Fig. 1
  • circumferential permanent magnetizations 08 are formed.
  • Fig. 3 shows two views of a third preferred embodiment of
  • Fig. 3 shows a
  • the bearing outer ring 01 is shown with only one of the two measuring rings 07, while the other existing measuring ring is not shown. Radially spaced from the measuring ring 07 shown, the twelve magnetic field sensors 1 1 are arranged, wherein the representation of the twelve magnetic field sensors 1 1 is exemplary and in particular only arrangement positions of the magnetic field sensors 1 1 and with the
  • Magnetic field sensors 1 1 measurable direction components to image. It is preferred that only a selection of at least four of the twelve magnetic field sensors 11 is actually used.
  • the up to twelve magnetic field sensors 1 1 have an equal distance to an axis 12 of the bearing assembly.
  • a first group 14 of the up to twelve magnetic field sensors 1 1 comprises up to four of the magnetic field sensors 1 1, which have the same axial position as the measuring ring 07.
  • the magnetic field sensors 1 1 of the first group 14 are each designed for the individual measurement of three directional components of an occurring magnetic field, namely an axial direction component, a tangential
  • a second group 16 of the up to twelve magnetic field sensors 1 1 comprises up to four of the magnetic field sensors 1 1 whose positions have an offset to the axial position of the measuring ring 07.
  • the magnetic field sensors 1 1 of the second group 16 are each formed for the individual measurement of a radial direction component of the magnetic field occurring.
  • the arrangement positions of the up to four magnetic field sensors 1 1 of the second group 16, like the arrangement positions of the up to four magnetic field sensors 1 1 of the first group 14, are arranged distributed about the axis 12 in the same way.
  • a third group 17 of the up to twelve magnetic field sensors 1 1 comprises up to four of the magnetic field sensors 1 1 whose positions have an offset to the axial position of the measuring ring 07, which is opposite to the offset of the four
  • Magnetic field sensors 1 1 of the second group 16 is.
  • the magnetic field sensors 1 1 of the third group 17 are each for individual measurement of a radial
  • the arrangement positions of up to four magnetic field sensors 1 1 of the third group 17 are like the arrangement positions of up to four
  • Magnetic field sensors 1 1 of the first group 14 evenly distributed around the axis 12 arranged around.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem ersten Lagerring (01) und mit einem gegenüber dem ersten Lagerring (01) um eine Achse rotierbaren zweiten Lagerring (02). Die Lageranordnung umfasst eine Messanordnung (07, 08) zur Messung einer auf den ersten Lagerring (01) wirkenden Kraft und/oder eines auf den ersten Lagerring (01) wirkenden Momentes. Die Messanordnung (07, 08) umfasst mindestens einen Ring (07) aus einem magnetostriktiven Material. Der eine Ring (07) bzw. die mehreren Ringe (07) sitzen auf dem ersten Lagerring (01) und weisen mindestens eine um die Achse umlaufende Permanentmagnetisierung (08) auf. Die Messanordnung (07, 08) umfasst weiterhin mindestens vier Magnetfeldsensoren, die gegenüber der mindestens einen umlaufenden Permanentmagnetisierung (08) angeordnet und zur Messung eines durch die jeweilige umlaufende Permanentmagnetisierung (08) und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet sind. Somit beruht die Messanordnung (07, 08) auf dem invers-magnetostriktiven Effekt.

Description

Lageranordnung mit Messanordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines
Momentes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit einem ersten Lagerring und mit einem gegenüber dem ersten Lagerring um eine Achse rotierbaren zweiten Lagerring. Die Lageranordnung umfasst eine Messanordnung zur Messung einer auf den ersten Lagerring wirkenden Kraft und/oder eines auf den ersten Lagerring wirkenden Momentes. Die EP 2 365 927 B1 zeigt ein Tretlager mit zwei Tretkurbeln und mit einem
Kettenblattträger, der mit einer Welle des Tretlagers verbunden ist. Der
Kettenblattträger ist drehfest mit einer Kettenblattwelle verbunden, die wiederum drehfest mit der Welle verbunden ist. Die Kettenblattwelle weist abschnittsweise eine Magnetisierung auf. Es ist ein Sensor vorgesehen, der eine Änderung der
Magnetisierung bei einem im Bereich der Magnetisierung vorliegenden Drehmoment erfasst.
Die US 6,490,934 B2 lehrt einen magnetoelastischen Drehmomentsensor zur Messung eines Drehmomentes, welches auf ein Element mit einem
ferromagnetischen, magnetostriktiven und magnetoelastisch aktiven Bereich wirkt. Dieser Bereich ist in einem Messwandler ausgebildet, der als eine zylindrische Hülse beispielsweise auf einer Welle sitzt. Der Drehmomentsensor steht dem Messwandler gegenüber. Aus der EP 0 803 053 B1 ist ein Drehmomentsensor bekannt, der einen
magnetoelastischen Messwandler umfasst. Der Messwandler sitzt als eine zylindrische Hülse auf einer Welle.
Aus der DE 692 22 588 T2 ist ein ringförmig magnetisierter Drehmomentsensor bekannt. Die US 7,308,835 B2 zeigt einen Drehmomentsensor mit einem magnetoelastischen Ring, welcher drei umlaufende Magnetisierungsbereiche aufweist, welche
entgegengesetzte Polaritäten besitzen. Aus der EP 2 799 827 A1 ist ein magnetoelastischer Drehmomentsensor bekannt, bei welchem Magnetfeldsensoren im Innenraum einer Hohlwelle angeordnet sind. Die Hohlwelle weist umlaufende Magnetisierungen mit entgegengesetzten Polaritäten auf.
Die DE 10 201 1 078 819 A1 zeigt einen geteilten Wankstabilisator mit einem Sensor zur Ermittlung eines im Wankstabilisators wirkenden Drehmomentes. Der Sensor umfasst einen magnetisch kodierten Primärsensor, der aus einer auf dem
Wankstabilisator sitzenden Hülse gebildet sein kann. Alternativ kann der magnetisch kodierte Primärsensor durch eine Hülse gebildet sein, die in einen Hohlraum eines hohlen Flansches des Wankstabilisators eingebracht ist.
Aus der DE 10 2015 202 240 B3 ist eine Anordnung zum Messen einer auf ein Maschinenelement wirkenden Kraft und/oder eines auf ein Maschinenelement wirkenden Momentes unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes bekannt. Das Maschinenelement weist mindestens zwei sich umfänglich erstreckende
Magnetisierungsbereiche mit dazwischen befindlichen magnetisch neutralen
Bereichen auf. Die Anordnung umfasst mindestens drei Magnetfeldsensoren, welche jeweils zur Messung einer Richtungskomponente eines durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft bzw. das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet sind. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, das Messen von Kräften und Momenten an einer Lageranordnung genauer vornehmen zu können, wofür insbesondere die Wirkung von magnetischen
Störfeldern zu minimieren ist und eine Unterscheidung von unterschiedlich
ausgerichteten Kräften und Momenten zu ermöglichen ist.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Lageranordnung gemäß dem
beigefügten Anspruch 1 . Die erfindungsgemäße Lageranordnung dient primär zum rotativen Lagern eines rotierenden Maschinenelementes gegenüber einem weiteren Maschinenelement. Hierfür umfasst die Lageranordnung einen ersten Lagerring und einen gegenüber dem ersten Lagerring um eine Achse rotierbaren zweiten Lagerring. Insoweit stellt die erfindungsgemäße Lageranordnung ein rotatives Lager dar. Auf die Lageranordnung, insbesondere auf den ersten Lagerring, wirkt mindestens eine Kraft und/oder mindestens ein Moment. Die Kraft bzw. das Moment wirkt auf den ersten Lagerring, wodurch es zu mechanischen Spannungen kommt und sich der erste Lagerring zumeist geringfügig verformt.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst weiterhin eine Messanordnung zur Messung der auf den ersten Lagerring wirkenden Kraft und/oder des auf den ersten Lagerring wirkenden Momentes. Die auf den ersten Lagerring wirkende Kraft bzw. das auf den ersten Lagerring wirkenden Moment kann unmittelbar oder mittelbar auf den ersten Lagerring wirken.
Die Messanordnung umfasst mindestens einen Ring aus einem magnetostriktiven Material. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe sitzen auf dem ersten Lagerring. Die Achse der Lagerordnung stellt auch jeweils eine Achse der Ringe dar; d. h. dass der Ring bzw. die Ringe und die Lagerringe koaxial zueinander angeordnet sind. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe weisen in ihrer Gesamtheit mindestens eine um die Achse umlaufende Permanentmagnetisierung auf. Sind mehrere der umlaufenden Permanentmagnetisierungen vorhanden, so sind diese in der axialen Richtung benachbart. Die umlaufenden Permanentmagnetisierungen sind abgesehen von ihrem Umlaufsinn bevorzugt gleich ausgebildet. Die Achse der Lagerordnung stellt auch jeweils eine Achse der einen umlaufenden Permanentmagnetisierung bzw. der mehreren umlaufenden Permanentmagnetisierungen dar. Die eine umlaufende Permanentmagnetisierung bzw. die mehreren umlaufenden
Permanentmagnetisierungen sind jeweils um die Achse herum geschlossen. Die eine umlaufende Permanentmagnetisierung bzw. die mehreren umlaufenden
Permanentmagnetisierungen erstrecken sich bevorzugt jeweils auf einer kreisförmigen Bahn. Die eine umlaufende Permanentmagnetisierung bzw. die mehreren umlaufenden Permanentmagnetisierungen können jeweils auch als eine Spur entlang einer kreisförmigen Bahn im jeweiligen Ring angesehen werden.
Die Messanordnung umfasst weiterhin mindestens vier Magnetfeldsensoren. Die Magnetfeldsensoren sind jeweils gegenüber der einen umlaufenden
Permanentmagnetisierung bzw. gegenüber einer der mehreren umlaufenden
Permanentmagnetisierungen angeordnet, d. h. in der Nähe der jeweiligen
Permanentmagnetisierung, aber beabstandet zu der jeweiligen
Permanentmagnetisierung. Die Beabstandung führt zu einem Abstand in der radialen Richtung, in der tangentialen Richtung und/oder in der axialen Richtung. Die
Magnetfeldsensoren sind jeweils gegenüber der einen umlaufenden
Permanentmagnetisierung bzw. gegenüber den einzelnen umlaufenden
Permanentmagnetisierungen angeordnet. Somit sind die Magnetfeldsensoren gegenüber der einen umlaufenden Permanentmagnetisierung bzw. gegenüber der einzelnen umlaufenden Permanentmagnetisierungen angeordnet und zur Messung eines durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Die Messanordnung beruht somit auf dem invers-magnetostriktiven Effekt. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe bilden einen Primärsensor innerhalb der Messanordnung und stellen daher jeweils einen Messring dar. Hierfür sitzt der eine Ring bzw. sitzen die mehreren Ringe auf dem ersten Lagerring, sodass die auf den ersten Lagerring wirkende Kraft und/oder das auf den ersten Lagerring wirkende Moment auch zu Spannungen in dem einen Ring bzw. in den mehreren Ringen führt. Die mechanischen Spannungen im Ring bzw. in den Ringen führen gemeinsam mit der jeweiligen
Permanentmagnetisierung aufgrund des invers-magnetostriktiven Effektes zu einem Magnetfeld, welches außerhalb des Ringes bzw. der Ringe messbar ist. Die
Magnetfeldsensoren sind zur Messung des durch die jeweilige
Permanentmagnetisierung und durch die Kraft bewirkten Magnetfeldes bzw. des durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Folglich bilden die Magnetfeldsensoren einen
Sekundärsensor innerhalb der auf dem invers-magnetostriktiven Effekt beruhenden Messanordnung. Der Primärsensor, d. h. der eine Ring bzw. die mehreren Ringe mit der mindestens einen umlaufenden Permanentmagnetisierung dient zur Wandlung der zu messenden Kraft bzw. des zu messenden Momentes in ein entsprechendes Magnetfeld, während der Sekundärsensor die Wandlung dieses Magnetfeldes in ein elektrisches Signal ermöglicht. Die Magnetfeldsensoren sind zumindest jeweils zur Messung einer Richtungskomponente des bewirkten Magnetfeldes ausgebildet.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lageranordnung besteht darin, dass durch die Verwendung des mindestens einen auf dem ersten Lagerring sitzenden Ringes mit der mindestens einen umlaufenden Permanentmagnetisierung in
Kombination mit den mindestens vier Magnetfeldsensoren eine genaue Messung der auf die Lageranordnung wirkenden Kräfte und Momente ermöglicht ist. Die Wirkung von Störfeldern, wie z. B. dem Erdmagnetfeld, kann kompensiert werden.
Unterschiedlich ausgerichtete Kräfte und Momente können bei der Messung unterschieden werden. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe mit der einen umlaufenden
Permanentmagnetisierung bzw. mit den mehreren umlaufenden
Permanentmagnetisierungen sind jeweils in einem von einer Kraft bzw. von einem Moment unbelasteten Zustand nach außerhalb des jeweiligen Ringes bevorzugt magnetisch neutral, sodass kein technisch relevantes Magnetfeld außerhalb des jeweiligen Ringes messbar ist.
Die eine umlaufende Permanentmagnetisierung bzw. die mehreren umlaufenden Permanentmagnetisierungen sind bevorzugt umlaufend um die Achse ausgerichtet, sodass sie in tangentialer Richtung ausgebildet sind.
Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe sind bevorzugt jeweils kreisringförmig. Bei besonderen Ausführungsformen können der eine Ring bzw. die mehreren Ringe beispielsweise auch ellipsenförmig oder ovalförmig sein. Die eine umlaufende Permanentmagnetisierung bzw. die mehreren umlaufenden Permanentmagnetisierungen erstrecken sich bevorzugt jeweils kreisringförmig. Bei besonderen Ausführungsformen kann sich die eine umlaufende
Permanentmagnetisierung bzw. können sich die mehreren umlaufenden Permanentmagnetisierungen beispielsweise auch ellipsenförmig oder ovalförmig erstrecken.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lageranordnung umfasst die Messanordnung den genau einen Ring, welcher die genau eine um die Achse umlaufende Permanentmagnetisierung aufweist.
Mindestens vier der Magnetfeldsensoren besitzen in ihrer axialen Position einen Versatz zu der axialen Position der umlaufenden Permanentmagnetisierung.
Bevorzugt sind auf beiden Seiten der axialen Position der umlaufenden
Permanentmagnetisierung jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren angeordnet, deren axialer Versatz vom Betrag gleich ist.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lageranordnung weist der eine Ring bzw. weisen die mehreren Ringe in ihrer
Gesamtheit mindestens zwei der um die Achse umlaufenden
Permanentmagnetisierungen auf, die einen entgegengesetzten Umlaufsinn ihrer Magnetisierungen besitzen, d. h. gegenläufig sind. Es sind jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren gegenüber den einzelnen umlaufenden
Permanentmagnetisierungen angeordnet. Somit sind jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren gegenüber jeder der umlaufenden Permanentmagnetisierungen angeordnet und zur Messung eines durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet.
Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe weisen in ihrer Gesamtheit besonders bevorzugt mindestens drei der um die Achse umlaufenden
Permanentmagnetisierungen auf, wobei der Umlaufsinn zwischen axial benachbarten der umlaufenden Permanentmagnetisierungen jeweils wechselt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung sind die Magnetfeldsensoren jeweils zur Messung mindestens einer einzelnen
Richtungskomponente des durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Die mit den Magnetfeldsensoren jeweils messbare Richtungskomponente bzw. die mit den Magnetfeldsensoren jeweils messbaren Richtungskomponenten sind bevorzugt aus der folgenden Gruppe von Richtungen ausgewählt: eine Richtung parallel zur Achse, d. h. eine axiale Richtung; eine Richtung radial zur Achse, d. h. eine radiale Richtung und eine Richtung tangential zur Achse, d. h. eine tangentiale Richtung.
Insofern einer oder mehrere der Magnetfeldsensoren jeweils zur Messung von zwei oder drei einzelnen Richtungskomponenten ausgebildet sind, so stehen diese
Richtungskomponenten bevorzugt senkrecht aufeinander. Die axiale Richtung, die radiale Richtung und die tangentiale Richtung stehen senkrecht aufeinander.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Lageranordnung sind gegenüber jeder der umlaufenden Permanentmagnetisierungen zumindest zwei der Magnetfeldsensoren angeordnet, die bezogen auf die Achse um 180° versetzt sind. Eine die beiden Magnetfeldsensoren verbindende Gerade schneidet die Achse in einem rechten Winkel. Die beiden um 1 80° versetzten
Magnetfeldsensoren sind jeweils zur Messung mindestens einer einzelnen
Richtungskomponente des durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Die mit dem ersten der beiden Magnetfeldsensoren messbare Richtungskomponente und die mit dem zweiten der beiden Magnetfeldsensoren messbare Richtungskomponente sind bevorzugt parallel ausgerichtet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung sind die Magnetfeldsensoren radial beabstandet zu der jeweiligen umlaufenden
Permanentmagnetisierung angeordnet. Dabei sind die Magnetfeldsensoren bevorzugt radial außen gegenüber der jeweiligen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet. Die Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt einen gleichen Abstand zur Achse auf.
Somit weisen die Magnetfeldsensoren einen gleichen radialen Abstand zur jeweiligen Permanentmagnetisierung auf. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung weisen mehrere oder sämtliche der Magnetfeldsensoren eine gleiche axiale Position wie die zugehörige umlaufende Permanentmagnetisierung auf. Bevorzugt weisen jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren eine gleiche axiale Position wie die zugehörige umlaufende Permanentmagnetisierung auf.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Lageranordnung weisen zumindest mehrere der Magnetfeldsensoren einen Versatz zu der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung auf. Bevorzugt weisen jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren eine gleiche axiale Position wie die zugehörige umlaufende Permanentmagnetisierung auf, während jeweils mindestens zwei weitere der Magnetfeldsensoren einen Versatz zu der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung aufweisen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung sind jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren mit dem axialen Versatz auf beiden Seiten der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lageranordnung sind jeweils vier der Magnetfeldsensoren an der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet, die gleichverteilt um die Achse angeordnet sind, sodass sie bezogen auf die Achse paarweise einen rechten Winkel zueinander aufweisen. Diese Magnetfeldsensoren sind jeweils zur einzelnen Messung der radialen Richtungskomponente, der axialen
Richtungskomponente und der tangentialen Richtungskomponente des durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Weiterhin sind bevorzugt jeweils vier der Magnetfeldsensoren mit dem axialen Versatz auf beiden Seiten der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet. Diese jeweils vier Magnetfeldsensoren weisen gleiche tangentiale und radiale Positionen wie die vier an der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordneten Magnetfeldsensoren auf. Die mit dem axialen Versatz angeordneten Magnetfeldsensoren sind jeweils zur einzelnen Messung der radialen
Richtungskomponente des durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Einzelne der beschriebenen Anordnungspositionen der einzelnen Magnetfeldsensoren können aber auch unbesetzt sein, sodass beispielsweise an der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung oder an der den axialen Versatz aufweisenden Position nur zwei oder drei der vier beschriebenen Magnetfeldsensoren vorhanden sind.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung sind jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren an der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet, die paarweise symmetrisch in Bezug auf eine die Achse senkrecht schneidende
Symmetriegerade angeordnet sind. Die paarig symmetrisch angeordneten
Magnetfeldsensoren weisen einen vom Betrag gleichen Winkel zu der
Symmetriegerade auf. Die Magnetfeldsensoren sind jeweils zur einzelnen Messung der radialen Richtungskomponente, der axialen Richtungskomponente und/oder der tangentialen Richtungskomponente des durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Bevorzugt sind jeweils mindestens vier der Magnetfeldsensoren an der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet, die paarweise symmetrisch in Bezug auf die Symmetriegerade angeordnet sind.
Weiterhin sind bevorzugt jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren mit dem axialen Versatz auf beiden Seiten der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet. Diese jeweils zwei Magnetfeldsensoren weisen gleiche tangentiale und radiale Positionen wie die mindestens zwei an der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung
angeordneten Magnetfeldsensoren auf. Die mit dem axialen Versatz angeordneten Magnetfeldsensoren sind jeweils zur einzelnen Messung der radialen
Richtungskomponente des durch die jeweilige Permanentmagnetisierung und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Einzelne der beschriebenen Anordnungspositionen der einzelnen Magnetfeldsensoren können aber auch unbesetzt sein.
Bei alternativ bevorzugten Ausführungsformen sind weniger oder mehr als vier der Magnetfeldsensoren an der axialen Position der zugehörigen umlaufenden
Permanentmagnetisierung und/oder mit dem axialen Versatz auf einer oder beiden Seiten der axialen Position der zugehörigen umlaufenden Permanentmagnetisierung angeordnet. Diese jeweils weniger oder mehr als vier Magnetfeldsensoren weisen bezogen auf die Achse paarweise einen Winkel zueinander auf, der von einem rechten Winkel oder von einem gestreckten Winkel abweicht.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung umfasst die Messanordnung mindestens zwei der Ringe, wobei jeder der Ringe eine der umlaufenden Permanentmagnetisierungen aufweist. Die Ringe sind bevorzugt jeweils vollständig durch die jeweilige umlaufende Permanentmagnetisierung magnetisiert. Die mehreren Ringe sind bevorzugt gleich ausgebildet.
Bei alternativ bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Lageranordnung umfasst die Messanordnung genau den einen Ring, welcher die mehreren umlaufenden Permanentmagnetisierungen aufweist. Sämtliche der umlaufenden Permanentmagnetisierungen sind in dem einen Ring ausgebildet. Die umlaufenden Permanentmagnetisierungen weisen bevorzugt einen axialen Abstand auf, sodass axial zwischen den umlaufenden Permanentmagnetisierungen
nichtmagnetisierte Bereiche im Ring vorhanden sind.
Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe weisen in ihrer Umlaufrichtung bevorzugt jeweils einen rechteckförmigen oder trapezförmigen Querschnitt auf. Dieser
Querschnitt liegt in einer Ebene, welche auch die Achse der Lageranordnung umfasst. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe sitzen bevorzugt jeweils in einer im ersten Lagerring ausgebildeten umlaufenden Vertiefung. Entsprechend weist der erste Lagerring für jeden der Ringe eine der Vertiefungen auf. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe schließen bevorzugt jeweils mit der zugehörigen Vertiefung bündig ab, sodass die Vertiefung bzw. die Vertiefungen vollständig ausgefüllt sind. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe können aber auch aus der zugehörigen Vertiefung herausragen. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe sitzen alternativ bevorzugt jeweils auf einer Zylindermantelfläche des ersten Lagerringes.
Die umlaufende Vertiefung bzw. die umlaufenden Vertiefungen erstrecken sich bevorzugt jeweils kreisringförmig. Die umlaufende Vertiefung bzw. die umlaufenden Vertiefungen weisen in ihrer Umlaufrichtung bevorzugt jeweils einen rechteckförmigen oder trapezförmigen Querschnitt auf. Dieser Querschnitt liegt in der Ebene, welche auch die Achse der umlaufenden Vertiefung und der Lageranordnung umfasst. Die umlaufende Vertiefung gewährleistet einen sicheren Sitz des jeweiligen Ringes und eine sichere Übertragung der zu messenden Kraft bzw. des zu messenden Momentes auf den jeweiligen Ring.
Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe sitzen bevorzugt jeweils fest auf dem ersten Lagerring. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe sitzen bevorzugt jeweils
kraftschlüssig auf dem ersten Lagerring. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe sind bevorzugt jeweils stoffschlüssig mit dem ersten Lagerring verbunden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der eine Ring bzw. sind die mehreren Ringe jeweils als ein integrativer Bestandteil des ersten Lagerringes ausgebildet.
Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe weisen bevorzugt eine hohe
Magnetostriktivität auf. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe bestehen bevorzugt aus einem magnetoelastischen Material. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe bestehen bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material. Der eine Ring bzw. die mehreren Ringe bestehen bevorzugt aus einem Stahl, besonders bevorzugt aus einem Werkzeugstahl.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung ist der erste Lagerring durch einen Außenring der Lageranordnung gebildet, während der zweite Lagerring durch einen Innenring der Lageranordnung gebildet ist. Alternativ bevorzugt ist der erste Lagerring durch einen Innenring der Lageranordnung gebildet, während der zweite Lagerring durch einen Außenring der Lageranordnung gebildet ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung ruht der erste Lagerring, während der zweite Lagerring zum Rotieren gegenüber dem ersten Lagerring ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend kann auch der erste Lagerring zum Rotieren ausgebildet sein.
Der erste Lagerring und der zweite Lagerring bestehen bevorzugt aus einem Stahl; besonders bevorzugt aus einem Wälzlagerstahl.
Die Magnetfeldsensoren sind bevorzugt an dem ruhenden der beiden Lagerringe befestigt. Die Magnetfeldsensoren sind alternativ bevorzugt an einem den ruhenden der beiden Lagerringe tragenden Maschinenelement befestigt. Die
Magnetfeldsensoren sind besonders bevorzugt an dem ersten Lagerring befestigt. Die Magnetfeldsensoren sind alternativ besonders bevorzugt an einem den ruhenden ersten Lagerring tragenden Maschinenelement befestigt.
Der Magnetfeldsensoren sind bevorzugt jeweils durch eine Förstersonde, durch ein Fluxgate-Magnetometer, durch einen Hall-Sensor, durch eine Spule oder durch einen Halbleitersensor gebildet. Grundsätzlich kann auch ein anderer Sensortyp verwendet werden, insofern er zur Messung des durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Feldes geeignet ist. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lageranordnung umfassen weiterhin Wälzkörper, die zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring angeordnet sind. Somit handelt es sich bei dem durch den ersten Lagerring, den zweiten Lagerring und die Wälzkörper gebildeten Lager um ein Wälzlager. Die erfindungsgemäße Lageranordnung ist bevorzugt zur Lagerung eines Rades eines Fahrzeuges ausgebildet. Hierzu ist der erste Lagerring oder der zweite
Lagerring bevorzugt einstückig mit einer Radnabe ausgebildet. Bevorzugt ist der als Innenring ausgebildete zweite Lagerring einstückig mit der Radnabe ausgebildet. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Lageranordnung für eine beliebige
Lageranwendung auch außerhalb der Fahrzeugtechnik geeignet.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung; Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung; und
Fig. 3 zwei Ansichten einer dritten bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lageranordnung.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in Form eines Radlagers für ein Fahrzeug. Die Lageranordnung umfasst einen Außenring 01 und einen Innenring 02, zwischen denen Wälzkörper 03 in Form von Kugeln angeordnet sind. Somit handelt es sich bei der gezeigten Ausführungsform der Lageranordnung um ein rotatives Wälzlager. Der Außenring 01 der als Radlager ausgebildeten Lageranordnung ist an einem Radträger 04 befestigt. Der Innenring 02 der als Radlager ausgebildeten Lageranordnung ist einstückig mit einer Radnabe 06 ausgebildet.
Auf den Außenring 01 sind zwei Messringe 07 aus einem magnetostriktiven
Werkzeugstahl aufgespannt. Die Messringe 07 weisen gleiche geometrische
Abmessungen und einen axialen Abstand zueinander auf. Die Messringe 07 weisen jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt auf.
Die Messringe 07 weisen jeweils eine umlaufende Permanentmagnetisierung 08 auf, die durch einen Pfeil bzw. durch eine Pfeilspitze verbildlicht ist. Die umlaufenden Permanentmagnetisierungen 08 folgen der umlaufenden Form des jeweiligen Messringes 07. Die beiden umlaufenden Permanentmagnetisierungen 08 weisen jedoch einen entgegengesetzten Umlaufsinn auf.
Die Messringe 07 sitzen jeweils in einer umlaufenen Vertiefung 09 im Außenring 01 und schließen bündig mit dieser ab.
Radial beabstandet zu jedem der beiden Messringe 07 sind Magnetfeldsensoren 1 1 (gezeigt in Fig. 3) angeordnet. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung. Diese Ausführungsform gleicht zunächst der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform weist die Lageranordnung nur einen der Messringe 07 auf, der jedoch in axialer Richtung länger ausgeführt ist und in welchem beide der
umlaufenden Permanentmagnetisierungen 08 ausgebildet sind.
Fig. 3 zeigt zwei Ansichten einer dritten bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lageranordnung. Der linke Teil der Fig. 3 zeigt eine
Querschnittsansicht. Der rechte Teil der Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht.
Der Lageraußenring 01 ist mit nur einem der beiden Messringe 07 dargestellt, während der weitere vorhandene Messring nicht gezeigt ist. Radial beabstandet zu dem gezeigten Messring 07 sind die zwölf Magnetfeldsensoren 1 1 angeordnet, wobei die Darstellung der zwölf Magnetfeldsensoren 1 1 exemplarisch ist und insbesondere lediglich Anordnungspositionen der Magnetfeldsensoren 1 1 und die mit den
Magnetfeldsensoren 1 1 messbaren Richtungskomponenten verbildlichen soll. Es wird bevorzugt nur eine Auswahl von mindestens vier der zwölf Magnetfeldsensoren 1 1 tatsächlich verwendet. Zu dem in Fig. 3 nicht gezeigten Messring sind bis zu zwölf weitere der Magnetfeldsensoren in gleicher weise wie zu dem gezeigten Messring 07 angeordnet. Die bis zu zwölf Magnetfeldsensoren 1 1 weisen einen gleichen Abstand zu einer Achse 12 der Lageranordnung auf. Eine erste Gruppe 14 der bis zu zwölf Magnetfeldsensoren 1 1 umfasst bis zu vier der Magnetfeldsensoren 1 1 , die eine gleiche axiale Position wie der Messring 07 besitzen. Die Magnetfeldsensoren 1 1 der ersten Gruppe 14 sind jeweils zur einzelnen Messung von drei Richtungskomponenten eines auftretenden Magnetfeldes ausgebildet, nämlich einer axialen Richtungskomponente, einer tangentialen
Richtungskomponente und einer radialen Richtungskomponente. Die
Anordnungspositionen der bis zu vier Magnetfeldsensoren 1 1 der ersten Gruppe 14 sind gleich verteilt um die Achse 12 herum angeordnet. Eine zweite Gruppe 16 der bis zu zwölf Magnetfeldsensoren 1 1 umfasst bis zu vier der Magnetfeldsensoren 1 1 , deren Positionen einen Versatz zu der axialen Position des Messringes 07 aufweisen. Die Magnetfeldsensoren 1 1 der zweiten Gruppe 16 sind jeweils zur einzelnen Messung einer radialen Richtungskomponente des auftretenden Magnetfeldes ausgebildet. Die Anordnungspositionen der bis zu vier Magnetfeldsensoren 1 1 der zweiten Gruppe 16 sind wie die Anordnungspositionen der bis zu vier Magnetfeldsensoren 1 1 der ersten Gruppe 14 gleich verteilt um die Achse 12 herum angeordnet.
Eine dritte Gruppe 17 der bis zu zwölf Magnetfeldsensoren 1 1 umfasst bis zu vier der Magnetfeldsensoren 1 1 , deren Positionen einen Versatz zu der axialen Position des Messringes 07 aufweisen, welcher entgegengesetzt zu dem Versatz der vier
Magnetfeldsensoren 1 1 der zweiten Gruppe 16 ist. Die Magnetfeldsensoren 1 1 der dritten Gruppe 17 sind jeweils zur einzelnen Messung einer radialen
Richtungskomponente des auftretenden Magnetfeldes ausgebildet, jedoch mit einem entgegengesetzten Richtungssinn wie die vier Magnetfeldsensoren 1 1 der zweiten Gruppe 16. Die Anordnungspositionen der bis zu vier Magnetfeldsensoren 1 1 der dritten Gruppe 17 sind wie die Anordnungspositionen der bis zu vier
Magnetfeldsensoren 1 1 der ersten Gruppe 14 gleich verteilt um die Achse 12 herum angeordnet. Bezuqszeichenliste Außenring
Innenring
Wälzkörper
Radträger
- Radnabe
Messring
umlaufende Permanentmagnetisierung umlaufende Vertiefung
- Magnetfeldsensor
Achse
- erste Gruppe
- zweite Gruppe
dritte Gruppe

Claims

Patentansprüche
Lageranordnung mit einem ersten Lagerring (01 ) und mit einem gegenüber dem ersten Lagerring (01 ) um eine Achse (12) rotierbaren zweiten Lagerring (02); umfassend eine Messanordnung (07, 08, 1 1 ) zur Messung einer auf den ersten Lagerring (01 ) wirkenden Kraft und/oder eines auf den ersten Lagerring (01 ) wirkenden Momentes; wobei die Messanordnung (07, 08, 1 1 ) mindestens einen Ring (07) aus einem magnetostriktiven Material umfasst; wobei der eine Ring (07) oder die mehreren Ringe (07) auf dem ersten Lagerring (01 ) sitzen und mindestens eine um die Achse (12) umlaufende Permanentmagnetisierung (08) aufweisen; wobei die Messanordnung (07, 08, 1 1 ) weiterhin mindestens vier Magnetfeldsensoren (1 1 ) umfasst, die gegenüber der mindestens einen umlaufenden Permanentmagnetisierung (08) angeordnet und zur Messung eines durch die jeweilige umlaufende Permanentmagnetisierung (08) und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetfeldsensoren (1 1 ) jeweils zur Messung mindestens einer einzelnen Richtungskomponente des durch die jeweilige umlaufende
Permanentmagnetisierung (08) und durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (07, 08, 1 1 ) den genau einen Ring (07) umfasst, welcher die genau eine um die Achse (12) umlaufende Permanentmagnetisierung (08) aufweist, wobei mindestens vier der Magnetfeldsensoren (1 1 ) einen Versatz zu der axialen Position der umlaufenden Permanentmagnetisierung (08) aufweisen.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Ring (07) oder die mehreren Ringe (07) mindestens zwei der um die Achse (12) umlaufenden Permanentmagnetisierungen (08) aufweisen, die einen entgegengesetzten Umlaufsinn besitzen, wobei jeweils mindestens zwei der Magnetfeldsensoren (1 1 ) gegenüber jeder der umlaufenden
Permanentmagnetisierungen (08) angeordnet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere der Magnetfeldsensoren (1 1 ; 14) eine gleiche axiale Position wie die jeweilige umlaufende Permanentmagnetisierung (08) aufweisen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mehrere der Magnetfeldsensoren (1 1 ; 16, 17) einen Versatz zu der axialen Position der jeweiligen umlaufenden Permanentmagnetisierung (08) aufweisen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Ring (07) oder die mehreren Ringe (07) jeweils in einer im ersten Lagerring (01 ) ausgebildeten umlaufenden Vertiefung (09) sitzen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (1 1 ) an dem ersten Lagerring (01 ) oder an einem den ersten Lagerring (01 ) tragenden Maschinenelement befestigt sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring durch einen Außenring (01 ) der Lageranordnung gebildet ist, und dass der zweite Lagerring durch einen Innenring (02) der Lageranordnung gebildet ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Lagerung eines Rades eines Fahrzeuges ausgebildet ist.
PCT/DE2017/100478 2016-07-25 2017-06-07 Lageranordnung mit messanordnung zum messen einer kraft und/oder eines momentes WO2018019322A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112534689A (zh) * 2018-10-02 2021-03-19 舍弗勒技术股份两合公司 磁化方法、构件和离合器致动器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69222588T2 (de) 1991-07-29 1998-05-20 Magnetoelastic Devices Inc Berührungsfreier ringförmig magnetisierter Drehmomentsensor, Verfahren und Wandlerring
EP0803053B1 (de) 1994-06-02 2002-08-28 Magna-Lastic Devices, Inc. Berührungsfreier kreisförmig magnetisierter drehmomentsensor und drehmomentmessverfahren damit
US7308835B2 (en) 2005-09-22 2007-12-18 Siemens Vdo Automotive Corporation Reduction of hysteresis in a magnetoelastic torque sensor
DE102011078819A1 (de) 2010-09-30 2012-04-05 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Geteilter Wankstabilisator
EP2365927B1 (de) 2008-10-02 2013-04-24 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Tretlager
EP2799827A1 (de) 2013-04-30 2014-11-05 Methode Electronics Malta Ltd. Magnetoelastischer Drehmomentsensor und Verfahren
US20150219163A1 (en) * 2012-08-24 2015-08-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bearing ring for a bearing, in particular for a rolling or sliding bearing
WO2015194609A1 (ja) * 2014-06-17 2015-12-23 日本精工株式会社 回転支持装置
DE102015202240B3 (de) 2015-02-09 2016-02-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung zur Messung einer Kraft oder eines Momentes mit mindestens drei Magnetfeldsensoren

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69222588T2 (de) 1991-07-29 1998-05-20 Magnetoelastic Devices Inc Berührungsfreier ringförmig magnetisierter Drehmomentsensor, Verfahren und Wandlerring
US6490934B2 (en) 1991-07-29 2002-12-10 Magnetoelastic Devices, Inc. Circularly magnetized non-contact torque sensor and method for measuring torque using the same
EP0803053B1 (de) 1994-06-02 2002-08-28 Magna-Lastic Devices, Inc. Berührungsfreier kreisförmig magnetisierter drehmomentsensor und drehmomentmessverfahren damit
US7308835B2 (en) 2005-09-22 2007-12-18 Siemens Vdo Automotive Corporation Reduction of hysteresis in a magnetoelastic torque sensor
EP2365927B1 (de) 2008-10-02 2013-04-24 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Tretlager
DE102011078819A1 (de) 2010-09-30 2012-04-05 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Geteilter Wankstabilisator
US20150219163A1 (en) * 2012-08-24 2015-08-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bearing ring for a bearing, in particular for a rolling or sliding bearing
EP2799827A1 (de) 2013-04-30 2014-11-05 Methode Electronics Malta Ltd. Magnetoelastischer Drehmomentsensor und Verfahren
WO2015194609A1 (ja) * 2014-06-17 2015-12-23 日本精工株式会社 回転支持装置
DE102015202240B3 (de) 2015-02-09 2016-02-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Anordnung zur Messung einer Kraft oder eines Momentes mit mindestens drei Magnetfeldsensoren

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112534689A (zh) * 2018-10-02 2021-03-19 舍弗勒技术股份两合公司 磁化方法、构件和离合器致动器

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