DE102006031718A1

DE102006031718A1 - Wälzlager mit integriertem Drehwinkelgeber

Info

Publication number: DE102006031718A1
Application number: DE102006031718A
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. Schmidt (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-07-08
Filing date: 2006-07-08
Publication date: 2008-01-10
Also published as: WO2008006645A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1), mit zumindest einem ersten radial außen liegenden Lagerring (3) und zumindest einem zweiten radial innen liegenden Lagerring (4a, 4b), mit zumindest einer zwischen denselben in Laufbahnen geführten Wälzkörper-Reihe (5a, 5b) und zumindest einem Winkelgeber (8) zur Erfassung der Winkellage und/oder der Relativdrehzahl zwischen den zueinander korrespondierenden Lagerringen (3; 4a, 4b), wobei der zumindest eine Winkelgeber (8) zum einen ein kunststoffgebundenes, ferromagnetisches Material (9) aufweist, welches in einer ringförmigen Aussparung (10) oder Nut eines Lagerringes (4a) aufgenommen ist, und zum anderen zumindest einen dem kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material (9) zugeordneten Sensor (11) umfasst, welcher am anderen Lagerring (3) oder an einem zum Wälzlager (1) benachbarten Bauteil abgestützt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Seit geraumer Zeit ist es bekannt, direkt an einem Wälzlager eine Drehzahl- oder Drehwinkelmessung vorzunehmen.
So wird in der DE 42 07 324 A1 ein so genanntes Impulswälzlager vorgeschlagen, welches die berührungsfreie Erfassung von Drehzahlen mit magnetischen Mitteln ermöglicht. Im Wesentlichen ist dabei vorgesehen, dass der äußere oder der innere Laufring des Wälzlagers in Umfangsrichtung jeweils in gleichen Abständen hintereinander angeordnete Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften aufweisen, und am äußeren oder inneren Laufring an einer radialen Umfangsfläche oder einer axialen Stirnfläche in gleichen Abständen hintereinander ein das Magnetfeld abschirmender Stoff, wie beispielsweise eine Folie, angeordnet ist. Die Rotation des entsprechend ausgebildeten Laufringes wird mittels eines Sensors, der die sich ständig ändernden magnetischen Feldstärken erfasst, in elektrische Signale umgewandelt.
Aus der DE 195 13 669 A1 ist des Weiteren eine hydrostatische Pumpe oder ein Motor mit einer An- oder Abtriebswelle bekannt, welche in einem Gehäuse gelagert und drehfest mit einem Zählkranz für eine Drehzahl- und/oder Positionsüberwachung verbunden ist. Der Zählkranz kann aus einem metallischen Werkstoff gefertigt und mit einem polymeren Werkstoff umspritzt sein. Ebenso kann der Zählkranz aus einem polymeren Werkstoff gefertigt und in gleichmäßigen Abständen mit um seinen Umfang verteilten metallischen Einlagen versehen sein. Schließlich wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass der Zählkranz aus unterschiedlichen polymeren Werkstoffen durch Zwei-Komponenten-Spritztechnik gefertigt ist, wobei eine Komponente metallische Eigenschaften aufweist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit zumindest einem Winkelgeber zur Erfassung der Winkellage und/oder der Relativdrehzahl zwischen den zueinander korrespondierenden Lagerringen zu schaffen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist sowie für den genannten Winkelgeber ein Minimum an Bauraum erfordert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von einem Wälzlager, mit zumindest einem ersten radial außen liegenden und zumindest einem zweiten radial innen liegenden Lagerring, zumindest einer zwischen denselben in Laufbahnen angeordneten Wälzkörper-Reihe und zumindest einem Winkelgeber zur Erfassung der Winkellage und/oder der Relativdrehzahl zwischen den zueinander korrespondierenden Lagerringen, wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass der zumindest eine Winkelgeber zum einen ein kunststoffgebundenes, ferromagnetisches Material aufweist, welches in einer ringförmigen Aussparung oder Nut eines Lagerringes aufgenommen ist, und zum anderen zumindest einen, dem kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material zugeordneten Sensor umfasst, welcher am anderen Lagerring oder an einem zum Wälzlager benachbarten Bauteil abgestützt ist.
Aufgrund der Tatsache, dass das ferromagnetische Material sozusagen in die Außenkontur des betreffenden Lagerringes integriert ist, ist der erforderliche Bauraum am Lager vorteilhaft minimiert. Ferner sind Material- und Gewichtseinsparungen sowie Einsparungen bei der Fertigung des Wälzlagers selbst zu verzeichnen, da sich die Aussparung oder die Nut äußerst einfach mittels Standardfertigungstechnologien herstellen lässt.
Vorteilhafte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
So kann die ringförmige Aussparung oder Nut innerhalb einer Mantelfläche und/oder einer Stirnfläche des betreffenden Lagerringes angeordnet bzw. ausgebildet sein.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das kunststoffgebundene, ferromagnetische Material, einen Stoff- und/oder Formschluss mit dem betreffenden Lagerring eingehend, nach einem an sich bekannten Spritzgießverfahren in die ringförmige Aussparung oder Nut eingebracht ist.
Wie die Erfindung weiter vorsieht, ist die Magnetisierung des ferromagnetischen Materials während des Einspritzens desselben in die Aussparung oder Nut mittels des Spritzwerkzeuges oder in einem separaten Arbeitsschritt nach Durchführung des Einspritzvorganges realisiert.
Ebenso kann es auch von Vorteil sein, dass eine Mehrzahl vorab separat hergestellter Ringabschnitte aus ferromagnetischem Material innerhalb der Aus sparung oder Nut stoff- und/oder formschlüssig und/oder mittels an sich bekannter mechanischer Befestigungsmittel festgelegt sind. Die besagten separat hergestellten Ringabschnitte sind sowohl vor als auch nach ihrer Montage magnetisierbar.
Weiterhin kann das ferromagnetische Material, einen Winkelmaßstab ausbildend, mit einer Polpaarzahl „1" oder einem Vielfachen davon magnetisiert sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass zwischen dem kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material und dem jeweils dasselbe tragenden Lagerring eine die magnetische Koppelung zwischen denselben reduzierende Beschichtung vorgesehen ist. Diese Beschichtung kann beispielsweise durch eine aufspritzbare, thermoplastische Kunststoffschicht gebildet sein.
Was den Sensor anbelangt, so ist vorgesehen, dass dieser mittels an sich bekannten mechanischen Befestigungsmitteln und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise durch Klebung, am anderen Lagerring oder einem zum Wälzlager benachbarten Bauteil festgelegt ist.
Ferner kann der Sensor in Abhängigkeit von der gewählten Ausbildung und Anordnung der Aussparung oder Nut eine radiale oder axiale Abtastrichtung aufweisen.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass die ringförmige Aussparung oder Nut vorzugsweise am drehenden Lagerring und der Sensor am fest stehenden Lagerring des Wälzlagers oder an einem zum Wälzlager benachbarten Bauteil angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch ein von einer Welle getragenes erfindungsgemäß ausgebildetes Wälzlager in einem Axialschnitt.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Demnach ist in der Zeichnungsfigur ein zweireihiges Wälzlager 1 dargestellt, welches an einer Welle 2 angeordnet ist und einen radial außen liegenden Lagerring 3 sowie zwei radial innen liegende Lagerringe 4a und 4b aufweist. Zwischen diesen Lagerringen 3; 4a, 4b sind in zwei Wälzkörper-Reihen 5a, 5b Kugeln als Wälzkörper geführt. Die beiden innen liegenden Lagerringe 4a, 4b sind mittels einer auf der Welle 2 aufgeschraubten Gewindemutter 6 gegen einen Bord 7 der Welle 2 axial festgelegt.
Wie bereits einleitend erwähnt wurde, kann es von Vorteil sein, direkt am Wälzlager 1 eine Drehzahl- und/oder Drehwinkelmessung vorzunehmen. Gemäß der Erfindung ist dazu ein Winkelgeber 8 vorgesehen, der zur Erfassung der Winkellage und/oder der Relativdrehzahl zwischen den zueinander korrespondierenden Lagerringen 3, 4a dient.
Dieser Winkelgeber 8 ist zum einen durch ein kunststoffgebundenes, ferromagnetisches Material 9 gebildet, welches in einer ringförmigen Aussparung 10 des innenliegenden Lagerringes 4a aufgenommen ist. Das kunststoffgebundene, ferromagnetische Material 9 kann dabei innerhalb der Aussparung 10 sowohl als geschlossener oder als mehrfach, einzelne Ringabschnitte ausbildend, unterbrochener Ring ausgebildet sein.
Zum anderen umfasst dieser Winkelgeber 8 einen an sich bekannten Sensor 11, der dem kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material 9 zugeordnet ist. Dieser Sensor 11 ist dazu geeignet, sich ändernde magnetische Feldstärken zu erfassen und geeignete elektrische Signale zu generieren, sowie einer nicht dargestellten, jedoch an sich bekannten Auswerteeinrichtung zur Auswertung bereitzustellen.
Wie die einzige Figur weiter zeigt, ist die ringförmige Aussparung 10 samt dem gebildeten Ring aus kunststoffgebundenem, ferromagnetischem Material 9 in einem stirnseitigen Abschnitt der Mantelfläche des linken Lagerringes 4a angeordnet, wodurch eine einfache und kostengünstige Fertigung möglich ist.
Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung des Lagerringes 4a beziehungsweise die Anordnung des gebildeten Ringes aus kunststoffgebundenem, ferromagnetischem Material 9 kann in Abhängigkeit von den aktuellen Bauraumgegebenheiten die Abtastrichtung des Sensors 11 so gewählt werden, dass entweder in radialer Richtung oder in axialer Richtung eine Erfassung der bei jeder Umdrehung wechselnden magnetischen Feldstärke möglich ist.
Demgegenüber kann es auch angezeigt sein, statt der zumindest einer Aussparung 10 eine oder mehrere ringförmige Nuten zur Aufnahme des kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Materials 9 in einem drehbaren Lagerring 4a, 4b vorzusehen, welche in die Stirnfläche oder die Mantelfläche des Lagerringes eingebracht sind (nicht näher dargestellt).
Vorzugsweise ist das kunststoffgebundene, ferromagnetische Material 9 nach einem an sich bekannten Spritzgießverfahren in die Aussparung 10 bzw. Nut eingebracht, wodurch äußerst einfach ein Stoff- und/oder Formschluss zwischen dem gebildeten Ring aus kunststoffgebundenem, ferromagnetischem Material 9 und dem betreffenden Lagerring 4a erzeugbar ist. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Art der Befestigung des gebildeten Ringes aus kunststoffgebundenem, ferromagnetischem Material 9, sondern umfasst jedwede andere geeignete Maßnahme.
So können beispielsweise eine Mehrzahl separater Ringabschnitte vorab gefer tigt werden und, einen geschlossenen oder abschnittsweise unterbrochenen Ring ausbildend, innerhalb der Aussparung 10 bzw. Nut stoffschlüssig durch beispielsweise Klebung und/oder formschlüssig und/oder mittels an sich bekannter mechanischer Befestigungsmittel festgelegt sein.
Das genannte kunststoffgebundene, ferromagnetische Material 9 ist mit einer Polpaarzahl „1" oder einem Vielfachen davon magnetisierbar, wobei die Magnetisierung zweckmäßigerweise während des Einspritzens desselben in die Aussparung 10 bzw. Nut mittels des gewählten an sich bekannten Spritzwerkzeuges realisiert wird.
Des Weiteren kann die Magnetisierung auch nach dem eigentlichen Spritzvorgang durchgeführt werden, welches demgemäß ebenfalls durch die Erfindung erfasst ist.
Werden demgegenüber vorab gefertigte Ringabschnitte verwendet, so kann es sich auch als zweckmäßig erweisen, dieselben schon entsprechend magnetisiert zu montieren.
Wie der einzigen Figur weiter zu entnehmen ist, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zwischen dem kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material 9 und dem dasselbe tragenden Lagerring 4a eine die magnetische Koppelung zwischen denselben reduzierende Beschichtung 12 vorzusehen, um eine Verfälschung des Messergebnisses zu vermeiden.
Diese Beschichtung 12 ist vorzugsweise durch eine aufspritzbare, thermoplastische Kunststoffschicht gebildet, die in vorteilhafter Weise mit dem dann darauf aufgespritzten kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material 9 eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Ebenso können folienartige Beschichtungen 12, Lacke und dergleichen für diesen Zweck genutzt werden.
Was den Sensor 11 anbelangt, so ist dieser am außen liegenden Lagerring 3 mittels an sich bekannter mechanischer Befestigungsmittel, vorliegend mittels einer oder mehrerer Schraubverbindungen 13, festgelegt. Der eigentliche Abtastkopf 11a des Sensors 11 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel radial durch eine Durchgangsöffnung im außen liegenden Lagerring 3 hindurch geführt, und zum kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material 9 des innen liegenden Lagerringes 4a ausgerichtet.
Sicherlich ist eine Vielzahl weiterer Anordnungen des Sensors 11 möglich. So kann dieser beispielsweise auch derart am Lagerring 3 befestigt sein, dass er axial, also auf die Stirnseite des Lagerringes 4a beziehungsweise auf dessen kunststoffgebundenes, ferromagnetisches Material 9 ausgerichtet montiert ist.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel stellt auf einen Winkelgeber 8 ab, dessen kunststoffgebundenes, ferromagnetisches Material 9 an einem innenliegenden Lagerring 4a oder 4b und der Sensor 11 an einem außen liegenden Lagerring 3 fest angeordnet sind. Möglich ist auch eine nicht gezeigte Anordnung, gemäß welcher das kunststoffgebundene, ferromagnetische Material 9 an einem radial außen befindlichen Lagerring 3 und der Sensor 11 an einem radial innenliegenden Lagerring 4a oder 4b fest angeordnet sind. Ferner ist durch die Erfindung mit erfasst, dass der Sensor 11 an einem zum Wälzlager 1 benachbarten Bauteil festgelegt sein kann.
Als zweckmäßig wird des Weiteren erachtet, wenn die ringförmige Aussparung 10 oder Nut am drehenden Lagerring 4a, vorliegend einem mit einer drehenden Welle 2 verbundenen innenliegenden Lagerring 4a, und der Sensor 11 am fest stehenden Lagerring 3, vorliegend dem außenliegenden Lagerring 3 des Wälzlager 1 oder an einem nicht näher gezeigten, zum Wälzlager 1 benachbart angeordneten Bauteil, wie einem tragenden Bauteil, festgelegt sind, da hierdurch eine einfache elektrische Verbindung zwischen dem Sensor 11 und einer Auswerteinheit realisierbar ist.

1: Wälzlager
2: Welle
3: Lagerring (außen)
4a: Lagerring (innen)
4b: Lagerring (innen)
5a: Wälzkörperreihe
5b: Wälzkörperreihe
6: Gewindemutter
7: Bord
8: Winkelgeber
9: ferromagnetisches Material
10: Aussparung
11: Sensor
11a: Abtastkopf
12: Beschichtung
13: Schraubverbindung

Claims

Wälzlager (1), mit zumindest einem ersten radial außen liegenden Lagerring (3) und zumindest einem zweiten radial innen liegenden Lagerring (4a, 4b), mit zumindest einer zwischen denselben in Laufbahnen geführten Wälzkörper-Reihe (5a, 5b) und zumindest einem Winkelgeber (8) zur Erfassung der Winkellage und/oder der Relativdrehzahl zwischen den zueinander korrespondierenden Lagerringen (3; 4a, 4b), wobei der zumindest eine Winkelgeber (8) zum einen ein kunststoffgebundenes, ferromagnetisches Material (9) aufweist, welches in einer ringförmigen Aussparung (10) oder Nut eines Lagerringes (4a) aufgenommen ist, und zum anderen zumindest einen, dem kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material (9) zugeordneten Sensor (11) umfasst, welcher am anderen Lagerring (3) oder an einem zum Wälzlager (1) benachbarten Bauteil abgestützt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Aussparung (10) oder Nut innerhalb einer Mantelfläche und/oder einer Stirnfläche des betreffenden Lagerringes (4a) angeordnet ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kunststoffgebundene, ferromagnetische Material (9), einen Stoff- und/oder Formschluss mit dem betreffenden Lagerring (4a) eingehend, in einem Spritzgießverfahren in die ringförmige Aussparung (10) oder Nut eingebracht ist.
Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung des kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Materials (9) während des Einspritzens desselben in die Aussparung (10) oder Nut mittels des Spritzwerkzeuges oder in einem separaten Arbeitsschritt nach Durchführung des Einspritzvorganges durchgeführt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von vorab separat hergestellter Ringabschnitte aus ferromagnetischem Material (9) innerhalb der Aussparung (10) oder Nut stoff- und/oder formschlüssig und/oder mittels an sich bekannter mechanischer Befestigungsmittel festgelegt sind.
Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die separat hergestellten Ringabschnitte vor oder nach ihrer Montage magnetisierbar sind.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material (9), einen Winkelmaßstab ausbildend, mit einer Polpaarzahl „1" oder einem Vielfachen davon magnetisiert ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem kunststoffgebundenen, ferromagnetischen Material (9) und dem dasselbe tragenden Lagerring (4a) eine die magnetische Koppelung zwischen denselben reduzierende Beschichtung (12) vorgesehen ist.
Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Be schichtung (12) durch eine aufspritzbare, thermoplastische Kunststoffschicht gebildet ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) mittels mechanischer Befestigungsmittel und/oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Klebung, am anderen Lagerring (3) oder an einem zum Wälzlager (1) benachbarten Bauteil festgelegt ist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11) in Abhängigkeit von der gewählten Ausbildung und Anordnung der Aussparung (10) oder Nut eine radiale oder axiale Abtastrichtung aufweist.
Wälzlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Aussparung (10) oder Nut am drehenden Lagerring (4a) und der Sensor (11) am fest stehenden Lagerring (3) des Wälzlagers (1) oder an einem zum Wälzlager (1) benachbarten Bauteil angeordnet sind, oder umgekehrt.