DE102013202251B4

DE102013202251B4 - Radlagereinheit mit Innenring als Signalgeber

Info

Publication number: DE102013202251B4
Application number: DE102013202251.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaiser; Roland Langer; Jonas Lang; Christian Mock; Florian Königer; Frank EICHELMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: DE102013202251A1

Abstract

Radlagereinheit mit einem zusammen mit einer Radnabe (2) drehbaren Innenring (15, 16, 17), der mittels eines Wälznietbundes (19) der Radnabe (2) axial befestigt ist, um eine Wälzkörperreihe (1) gegenüber einem feststehenden Außenring (3) vorzuspannen, wobei ein an den Wälznietbund (19) grenzender erhöhter Bereich (14) des Innenrings (15, 16, 17) radial über eine äußere Wälzkörperlaufbahn des Innenrings (15, 16, 17) erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (15, 16, 17) als Träger eines flächig am Innenring (15, 16, 17) angebrachten, Signalgebers (6, 7, 8, 21) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit mit einem zusammen mit einer Radnabe drehbaren Innenring, wobei der Innenring mittels eines Wälznietbundes der Radnabe axial befestigt ist, um eine Wälzkörperreihe gegenüber einem feststehenden Außenring vorzuspannen, wobei ein an den Wälznietbund grenzender, erhöhter Bereich des Innenrings radial über eine äußere Wälzkörperlaufbahn des Innenrings erhöht ist.
Stand der Technik
Eine derartige Radlagereinheit kommt auf dem Automobilsektor zum Tragen, in welchem wälzgenietete Radlagereinheiten, insbesondere bei Personenkraftwagen, schon geraume Zeit einsetzt werden.
Gerade bei fahrzeugseitig gedeckelten Radlagereinheiten sind minimierte Dichtungsanordnungen gefragt bzw. Kassettendichtungen können meist völlig entfallen. Da jedoch auch oft eine Drehzahlmessung oder eine andere Sensierung durch eine Sensoranordnung erforderlich ist, kann die ansonsten verwendete Kassettendichtung (oder ähnliche Dichtungsanordnungen) nicht mehr zur Integration der Sensoranordnung eingesetzt werden.
Aus DE 11 2009 002 688 T5 ist eine Radlagereinheit bekannt, deren Innenring durch das Wälznietverfahren axial fixiert ist und der Wälznietbund für die erforderliche Vorspannung des zweireihigen als Schrägkugellager ausgeführten Radlagers sorgt.
Nachteiligerweise gibt der Stand der Technik darüber keine Auskunft, wie in einer optimalen Art und Weise eine Sensierung bei derartigen Radlagereinheiten vorgenommen werden soll. Bisher hat man es in Kauf genommen, derartige, insbesondere ungetriebene, Radlagereinheiten nicht zu sensieren bzw. insbesondere auf eine Drehzahlmessung zu verzichten.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer Sensoranordnung versehene Radlagereinheit anzugeben, bei der die Bauteilanzahl reduziert und die Herstellungskosten gering sind ohne Einbußen bei der Detektionsgenauigkeit hinnehmen zu müssen.
Die Aufgabe wird bei einer Radlagereinheit der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Innenring als Träger eines flächig am Innenring angebrachten, Signalgebers vorgesehen ist. Daraus entsteht der Vorteil, dass der Signalgeber nach der Aufbringung magnetisierbar ist, um die signalgebende Funktion zu leisten. Dazu gehört beispielsweise, dass sich der drehende Signalgeber durch einen die Radlagereinheit fahrzeugseitig abdeckenden Deckel hindurch detektieren lässt.
Der Bereich der Anbringung des Encoders am Innenrings kann sich dabei insbesondere auf den fahrzeugseitigen Bord des Innenrings erstrecken, der mit dem Außenring einen Spalt bilden kann. Dabei kann die axiale Breite des Spaltes vorteilhafterweise zumindest doppelt so groß sein, wie der radiale Abstand der Außenfläche des Bordes zur Innenfläche des feststehenden Außenrings. Optional kann der Spalt entsprechend angepasst werden, sofern auch der Signalgeber zwischen Innenring und Außenring angebracht werden soll, oder alternativ eine andere Komponente der Radlagereinheit. Beispielsweise kann ein erhöhter Bereich des Innenrings zumindest im Wesentlichen den gleichen radialen Abstand zur Rotationsachse der Radlagereinheit einnehmen, wie auch die Innenlaufbahn des Außenrings der benachbarten Wälzkörperreihe.
Ein Herstellungsvorteil entsteht dadurch, dass übliche Halte- oder Trägerbleche nicht mehr erforderlich sind, weil der Innenring unmittelbar zum Träger des Signalgebers, insbesondere eines Encoders, gemacht wird. Daraus ergeben sich weitere Folgeeffekte, nämlich auch das Handling des genannten Trägerbleches ist somit nicht mehr erforderlich. Neben der Vereinfachung des Herstellungsprozesses des Signalgebers wird die Herstellung desselben auch kostengünstiger.
Die flächige Aufbringung des Signalgebers auf beispielsweise einen erhöhten Bereich des Innenrings ist so zu verstehen, dass der Signalgeber parallel zu der Außenfläche des erhöhten Bereichs verläuft und an dieser befestigt ist. Dabei kann die Befestigung unmittelbar am erhöhten Bereich des Innenrings erfolgen. Somit kann es sich um Signalgeber handeln, die sowohl in axialer oder radialer Richtung detektiert werden können. Eine Detektionsrichtung, die sowohl eine axiale, als auch eine radiale Komponente aufweist, ist genauso denkbar.
Vorteilhafterweise eignet sich die radiale Bordfläche des erhöhten Bereichs oder auch die axiale Stirnseite des erhöhten Bereichs, die fahrzeugseitig orientiert ist, zum Aufbringen bzw. Befestigen des Signalgebers.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet der erhöhte Bereich des Innenrings mit dem Außenring oder mit einem Deckel einen Spalt aus. Auf diese Weise ist es möglich, ein Schmiermittel im Wälzraum in der Nähe der Wälzkörper zu halten.
Vorteilhafterweise ist im Spalt der Signalgeber angeordnet. Die Detektion der Bewegung des Signalgebers kann hiermit in radialer Richtung durch einen zylindrischen Teil des Deckels erfolgen, wobei der Außenring hierbei eine Ausnehmung aufweist, an die ein Sensor angelagert werden kann, oder alternativ der Außenring derart verkürzt ist, dass der Innenring zumindest teilweise vom Deckel, aber nicht vom Außenring radial umfasst ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der erhöhte Bereich des Innenrings einen, beispielsweise zylindrischen, Signalgeber auf und ist durch den Deckel von einer Ausnehmung des Außenrings getrennt. Hierbei kann die Ausnehmung derart ausgestaltet werden, dass das Anbringen des Sensors auf einfache Weise erfolgen kann, beispielsweise bietet sich eine zylindrische Ausnehmung, wie die einer Bohrung, an.
Als vorteilhaft erweisen sich auch die vielfachen Anbringungsmöglichkeiten des Signalgebers am Innenring. Der Signalgeber kann auf den Innenring, insbesondere auf dessen erhöhten Bereich geklebt, aufvulkanisiert, aufgespritzt, aufgepresst, aufgeschweißt, eingeschnappt oder anderweitig formschlüssig mit diesem verbunden oder durch Magnetkraft gehalten sein. Je nach Anwendung kann die jeweils sinnvollste Befestigungsart ausgewählt werden. Beispielsweise erscheint eine Aufpressung auf den erhöhten Bereich dann sinnvoll, wenn der Signalgeber eine zylindrische Form aufweist. Anschweißen erweist sich als sinnvoll, wenn der Anwender nicht an der Position des Signalgebers manipulieren soll. Eine Verklebung erscheint besonders einfach und schnell, wohingegen ein Formschluss eine höhere Sicherheit nach sich zieht. Das Aufspritzen eines Signalgebers aus Kunststoff zeichnet sich dadurch aus, dass es ein kostengünstiges Verfahren ist, wobei Herstellung und Befestigung in einem Arbeitsschritt realisierbar ist. Entsprechendes gilt für die Aufvulkanisierung eines Elastomers als Signalgeber (Encoder). Die Sicherheit kann sich hierbei auf ein präzises Sensorsignal beziehen, als auch auf einen sicheren Bauteilverbund. Herstellungstechnisch besonders vorteilhaft ist das Halten durch Magnetkraft, weil nämlich durch die Magnetisierung am aufgelegten Encoder bzw. Signalgeber auch dessen Befestigung erfolgt, wenn die verschiedenen Polpaare in den Signalgeber permanent eingebracht werden.
Vorteilhafterweise besteht der Signalgeber, insbesondere Encoder, teilweise oder ganz aus einem Lack, einem Elastomer oder einem Kunststoff. In allen drei Materialien lassen sich Partikel einbringen, die von außen permanent magnetisierbar sind. Jedoch unterscheiden sich die Materialien in der Aufbringungsweise und können jeweils unterschiedliche materialbedingte Vorteile aufweisen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Signalgeber teilweise oder ganz von dem erhöhten Bereich des Innenrings radial umfasst. Dies kann dem Schutz des Signalgebers dienen, als auch bei dessen Aufspritzung oder Aufbringung auf den erhöhten Bereich als formgebende Struktur nützlich sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Signalgeber gegenüber dem Wälznietbund statisch abgedichtet. Dies ist eine Maßnahme, die zur Verlängerung der Lebensdauer der Radlagereinheit geeignet ist und vergleichsweise einfach ergriffen werden kann, um Rostfraß vorzubeugen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Deckel unbeschadet etwaiger Ausnehmungen vom Außenring teilweise oder vollständig radial umfasst. Auf diese Weise ist der Deckel durch den Außenring geschützt und kann relativ materialarm ausgelegt werden und auch effizienter zur Ausbildung der Sensoranordnung beitragen, zumal der Sensor in den Innenbereich des Außenrings eingebracht werden kann, ohne in den abgedichteten Bereich öffnen zu müssen.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind der Figurenbeschreibung und/oder den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 einen Radlagerausschnitt mit einem Innenring mit erhöhtem Bereich und magnetisch befestigtem Encoder,
2 einen Ausschnitt aus einer zweiten Radlagereinheit mit einem radial detektierbaren Signalgeber,
3 einen Ausschnitt aus einer dritten Radlagereinheit mit einem vom erhöhten Bereich radial umfassten Encoder, und
4 einen Ausschnitt aus einer vierten Radlagereinheit mit verkürztem Außenring.
1 zeigt den fahrzeugseitigen Teil eines zweireihigen Schrägkugellagers, welches mittels des Wälznietbundes 19 über den Innenring 17 vorgespannt ist. Der Außenring 3 weist eine Innenlaufbahn für die Wälzkörperreihe 1 auf, so wie auch der Innenring 17 eine Außenlaufbahn für die gleiche Wälzkörperreihe 1 aufweist.
Der erhöhte Bereich des Innenrings 17, welcher fahrzeugseitig in der Nähe des Wälznietbundes 19 angeordnet ist, bildet mit dem zylindrischen Teil 9 des Außenrings 3 einen Spalt, in welchem auch ein zylindrisch ausgebildeter Teil des Signalgebers 8 angeordnet ist.
Ein die Radlagereinheit axial fahrzeugseitig abdeckender Deckel ist nicht gezeigt, jedoch kann dieser immer noch im zylindrischen Teil 9 des Außenrings 3 eingepresst werden, um möglichst nahe an den Encoder 8 zu gelangen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch den Deckel hindurch eine Detektion des Encoders 8 bzw. dessen Rotation möglich ist. Hierfür sollte der Deckel aus einem nicht magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Kunststoff, oder einem nicht magnetisierbaren Metall bestehen.
Der Dichtring 5 bildet eine statische Dichtung zwischen dem als Signalgeber vorgesehenen Encoder 8 und dem Wälznietbund 19 aus, womit ein Eindringen von Wasser zwischen die Radnabe 2 und den Innenring 17 wirksam verhindert werden kann. Der Encoder 8 ist mittels seiner eigenen Magnetkraft am erhöhten Bereich des Innenrings 17 angebracht und wird durch seinen zylindrischen Teil auf den Innenring 17 radial zentriert. Alternativ kann der zylindrische Teil des Encoders 8 auch in einen Presssitz auf den Innenring 17 aufgebracht werden, womit die Magnetkraft des Encoders 8 keine Befestigungsfunktion aufweist.
2 zeigt eine Radlagereinheit, deren zylindrischer Teil 9 des Außenrings 3 zumindest an einer Umfangstelle eine Ausnehmung 10 ausweist, sodass an dieser Stelle nur der Deckel 11 bzw. dessen zylindrischer Teil 12 den Encoder 7 vor der Außenwelt schützt.
Der erhöhte Teil des Innenrings 16 ist gegenüber dem Wälznietbund 19 radial außen vorgelagert und auch gegenüber selbigem durch einen Dichtring 5 statisch abgedichtet, wie auch im Ausführungsbeispiel der 1 und auch die der 3 und 4 vorgesehen. Interessanterweise umfasst der erhöhte Bereich des Innenrings 16 den Wälznietbund 19 teilweise, um axialen Bauraum einzusparen bzw. die aktive Fläche des Encoders 7 in axialer Richtung zu erweitern.
Der Encoder 7 ist auf dem Bord des erhöhten Bereiches des Innenrings 16 aufgespritzt, wobei die Nut 13 auch von dem Encodermaterial ausgefüllt ist und ein axiales Verschieben des Encoders auch durch einen Formschluss verhindert.
Alternativ kann die Nut 13 auch mit einem Ring belegt sein, sodass der Formschluss des Encoders 7 anhand des umspritzten Ringes realisiert wird, der aufgrund des Encoders 7 nicht aus der Nut 13 herausrutschen kann.
Die Ausnehmung 10 kann vorteilhafterweise für einen Sensor, der nicht abgebildet ist, derart angepasst werden, dass dieser ohne Probleme in den zylindrischen Teil 9 einführbar ist und ggf. auch in der Ausnehmung 10 gehalten und/oder befestigt werden kann.
3 zeigt einen Ausschnitt aus einer dritten Radlageranordnung, wobei der Bord des erhöhten Bereiches 14 dem zylindrischen Teil 9 des Außenrings 3 direkt gegenüber angeordnet ist. Der Innenring 15 umfasst mit seinem erhöhten Bereich 14 den als Scheibe ausgebildeten Encoder 6 radial vollständig. Der Encoder 6 ist ferner gegenüber dem Wälznietbund 19 durch einen Dichtring 5 abgedichtet, womit der Encoder 6 hervorragend gegen äußere Einflüsse geschützt ist. Hier bieten sich die Befestigungsmethoden Kleben, Klicken und Schweißen an, zumal der umfassende erhöhte Bereich 14 des Innenringes 15 genau dazu vorteilhafterweise axial verlängert ist.
Der nicht abgebildete Deckel kann, wie bereits auch in 1, derart ausgebildet sein, dass er komplett innerhalb des zylindrischen Teils 9 angeordnet werden kann und einen möglichst nahen axialen Zugang zur Ausleseposition des Sensors axial gegenüberliegend zum Encoder 6 sicherstellt.
Die im Ausschnitt gezeigte Radlagereinheit der 4 ist für Encoder 21 geeignet, die genau wie die Encoder 7 der 2, direkt am erhöhten Bereich des Innenrings aufvulkanisiert bzw. aufgespritzt werden. Als Material bieten sich dementsprechend Lacke, Elastomere und Kunststoffe an. Lacke sind besonders einfach durch Sprühen aufzubringen. Die Magnetisierung kann nach der Aufbringung des jeweiligen Signalgebermaterials erfolgen.
Der erhöhte Bereich 14 ist gegenüber dem Wälznietbund 19 mittels des Dichtrings 5 statisch abgedichtet. Der Deckel 11 deckt den erhöhten Bereich, eingeschlossen des Encoders 21, sowohl axial, als auch radial ab. Auf diese Weise kann am Außenring 3 Wälzlagerstahl eingespart, aber dennoch eine effektive Abdichtung des Wälzraumes erzielt werden. Ferner kann eine Detektion durch den zylindrischen Teil 12 in radialer Richtung erfolgen, wobei der Encoder 21 mit dem erhöhten Bereich 14 verklebt, verschweißt oder mit diesem radial aufgepresst sein kann. Ebenso ist ein Formschluss zwischen dem Encoder 21 und dem erhöhten Bereich 14 denkbar.
Der Deckel 11 weist eine besonders einfache Form auf, da dieser lediglich aus einem zylindrischen Befestigungsteil 12 und einem scheibenförmigen axial abdeckenden Teil besteht.
Da der erhöhte Bereich 14 den Wälznietbund auch radial zumindest teilweise umfasst, kann der Encoder 21 in axialer Richtung bis zur axialen Begrenzung durch den Deckel 11 erstreckt werden, wobei eine besonders große aktive Signalfläche des Encoders 21 entsteht.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Radlagereinheit mit einem zusammen mit einer Radnabe drehbaren Innenring, wobei der Innenring zur verbesserten Wälznietung einen radial erhöhten Bereich aufweisen kann und als flächiger Träger für einen Signalgeber verwendet wird. Dadurch ist es möglich insbesondere nichtgetriebene Radlagereinheiten mit einer Sensoranordnung zur Drehzahlmessung zu versehen ohne auf die vorteilhaften Eigenschaften des radial erhöhten Innenrings verzichten zu müssen. Daran ist insbesondere vorteilhaft, dass ein bisher übliches Halteblech für den Signalgeber wegfällt und die zugehörigen Herstellungsschritte überflüssig werden. Sensoranordnungen mit radialer, als auch axialer Detektionsrichtung durch einen Deckel hindurch, können basierend auf der Erfindung angegeben werden.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörperreihe
2: Radnabe
3: Außenring
4: Wälzkörperkäfig
5: Dichtring
6: Signalgeber, Encoder
7: Signalgeber, Encoder
8: Signalgeber, Encoder
9: zylindrischer Fortsatz des Außenrings
10: Ausnehmung
11: Deckel
12: zylindrischer Befestigungsteil des Deckels
13: Nut
14: erhöhter Bereich
15: Innenring
16: Innenring
17: Innenring
19: Wälznietbund
20: zylindrisches Endstück
21: Signalgeber, Encoder

Claims

Radlagereinheit mit einem zusammen mit einer Radnabe (2) drehbaren Innenring (15, 16, 17), der mittels eines Wälznietbundes (19) der Radnabe (2) axial befestigt ist, um eine Wälzkörperreihe (1) gegenüber einem feststehenden Außenring (3) vorzuspannen, wobei ein an den Wälznietbund (19) grenzender erhöhter Bereich (14) des Innenrings (15, 16, 17) radial über eine äußere Wälzkörperlaufbahn des Innenrings (15, 16, 17) erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (15, 16, 17) als Träger eines flächig am Innenring (15, 16, 17) angebrachten, Signalgebers (6, 7, 8, 21) vorgesehen ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (6, 7, 8, 21) auf den Innenring (15, 16, 17) geklebt, aufgepresst, aufgeschweißt, aufgespritzt, aufvulkanisiert, eingeschnappt oder anderweitig formschlüssig mit diesem verbunden oder durch Magnetkraft gehalten ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektion der Bewegung des Signalgebers (6, 7, 8, 21) in radialer, axialer oder teilweise axialer und radialer Richtung erfolgt.
Radlagereinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Bereich (14) des Innenrings (15, 16, 17) den Signalgeber (7, 21) aufweist.
Radlagereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Bereich (14) des Innenrings (15, 16, 17) einen zylindrischen Signalgeber (7, 21) aufweist und durch einen Deckel (11, 12) von einer Ausnehmung (10) des Außenrings (3) getrennt ist.
Radlagereinheit, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Bereich (14) des Innenrings (15, 16, 17) mit dem Außenring (3) oder mit einem Deckel (11, 12) einen Spalt ausbildet.
Radlagereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (7, 21) im Spalt angeordnet ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Spalt ein Haltering des Signalgebers (8) angeordnet ist.
Radlagereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (6) teilweise oder vollständig von dem erhöhten Bereich (14) des Innenrings (15) radial umfasst wird.
Radlagereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (6, 7, 8, 21) auf den erhöhten Bereich geklebt, aufgepresst, aufgeschweißt, aufgespritzt, aufvulkanisiert, eingeschnappt oder anderweitig formschlüssig mit diesem verbunden oder durch Magnetkraft gehalten ist.
Radlagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (6, 8), welcher als ein Encoder ausgebildet ist, teilweise oder ganz aus einem Lack, einem Elastomer oder einem Kunststoff besteht.
Radlagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (11) unbeschadet etwaiger Ausnehmungen (10) des Außenrings (3) von diesem teilweise oder ganz radial umfasst wird.