DE102007050256B4

DE102007050256B4 - Lagerbestandteil mit einem Encoderelement zur Anzeige einer Stellung oder Bewegung des Lagerbestandteils

Info

Publication number: DE102007050256B4
Application number: DE102007050256.9A
Authority: DE
Inventors: Darius Dlugai; Jens Heim; Dr. Hund Ralf; Christian Mock
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-10-20
Filing date: 2007-10-20
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2027-10-21
Also published as: WO2009049608A2; CN101836120A; DE102007050256A1; WO2009049608A3; US20100296759A1

Abstract

Lagerbestandteil mit einem Encoderelement (20) zur Anzeige einer Stelllung und/oder Bewegung des Lagerbestandteils, mit einem Träger (21) und einer darauf flächig aufgebrachten magnetischen oder magnetisierbaren Encoderschicht (23), wobei die Encoderschicht (23) aus einem im Rohzustand flüssigen Matrixmaterial mit zugesetztem Magnetpulver gebildet ist, und wobei die Encoderschicht (23) direkt auf eine Trägeroberfläche (22) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbestandteil ein unmittelbar als Träger (21) für die Encoderschicht (23) dienender Lagerinnenring (7,26) oder Lageraußenring (2) ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Lagerbestandteil mit einem Encoderelement zur Anzeige einer Stellung und/oder Bewegung des Lagerbestandteils, insbesondere eines Bestandteils eines Radlagers. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Lager mit einem solchen Lagerbestandteil mit einem Encoderelement.
Ein Encoder dient allgemein zur Erfassung einer oder mehrerer Messgrößen, die für die Stellung und/oder Bewegung eines bewegbaren Lagerbestandteils charakteristisch sind. Als für die Stellung des Lagerbestandteils charakteristische Messgrößen werden in diesem Sinne insbesondere ein Drehwinkel, eine Verkippung bezüglich einer Lagerachse oder ein Abstand zu einem vorgegebenen Bezugspunkt verstanden. Messgrößen, die die Bewegung des Lagerbestandteils charakterisieren, umfassen insbesondere die Drehzahl, die Bewegungsrichtung oder Größen, die eine Schwingung des Lagerbestandteils charakterisieren. Encoder werden ferner zur Erfassung von aus der reinen Stellung- und/oder Bewegungsinformation abgeleiteten Messgrößen, insbesondere wirkenden Kräfte und Drehmomenten oder der Lagertemperatur eingesetzt.
Hintergrund der Erfindung
In der Kraftfahrzeug-Technik ist der Einsatz von magnetischen Encodern bei Radlagern bekannt. Entsprechende Encoder sind beispielsweise in WO 2006/ 026 950 A2 , DE 20 2006 017 414 U1 und EP 1 722 238 A2 bekannt.
Die bekannten Encoder umfassen jeweils ein Encoderelement, das aus einem Träger und einer darauf aufgebrachten magnetischen Schicht gebildet ist. Als Träger wird dabei ein ringförmiges Blechteil eingesetzt. Die magnetische Schicht besteht entweder aus einem thermoplastischem Kunststoff oder einem Elastomer wobei dieses Material jeweils mit einem Magnetpulver gefüllt ist. Im Falle einer Elastomerschicht ist diese üblicherweise auf den Träger aufvulkanisiert. Im Falle einer thermoplastischen Kunststoffschicht ist diese üblicherweise auf den Träger aufgeklebt.
Für den Einsatz als Encoder wird die mit dem Magnetpulver gefüllte Schicht des Encoderelements in einem nachfolgenden Produktionsschritt mit einer magnetischen Kodierung versehen.
Die Herstellung solcher Encoderelemente ist vergleichsweise aufwendig. Zudem müssen die magnetischen Schichten dieser Encoderelemente für eine prozesssichere Verarbeitung vergleichsweise stark ausgeführt. Dies bedingt einen vergleichsweise großen Bauraum für ein solches Encoderelement.
Aus DE 10 2004 063 462 B3 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Maßstabsträgers für eine magnetische Längen- oder Winkelmessung bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine in ein Maschinenteil eingebrachte Nut mit einer Magnetpulverpaste aufgefüllt. Nach Aushärtung der Magnetpulverpaste wird die über der Nut gebildete Oberfläche, insbesondere durch spanende Verfahren, flächenbündig mit der angrenzenden Oberfläche des Maschinenteils geebnet. Die Herstellung eines solchen Maßstabträgers ist aber ebenfalls vergleichsweise aufwändig.
Weiter sind verschiedene Encoder auf separaten Blechbauteilen für Lager beispielsweise in JP 2003 - 035 565 A , JP 2007 - 033 455 A , JP 2004 - 037 441 A , EP 1 803 953 A1 , US 2003 / 0 110 860 A1 oder EP 1 457 719 A1 bekannt.
In US 2005 / 0 223 558 A1 wird ein Lager mit einem am Innenring angeordneten Encoderring offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach herstellbares und platzsparendes Encoderelement zu Anzeige einer Stellung und/oder Bewegung eines Lagerbestandteils anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Lager mit einem solchen Encoderelement anzugeben.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Encoderelements erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach umfasst das Encoderelement des Lagerbestandteils einen Träger mit einer darauf flächig aufgebrachten magnetischen oder magnetisierbaren Encoderschicht. Die Encoderschicht ist hierbei aus einem im Rohzustand flüssigen Matrixmaterial mit zugesetztem Magnetpulver gebildet und wird durch einen Beschichtungsprozess aus dem flüssigen Rohzustand direkt auf eine Trägeroberfläche aufgebracht.
Als Beschichtungsprozess wird hierbei - insbesondere in Abgrenzung zu Gussverfahren, Klebeverfahren und Vulkanisierverfahren, die eine separate Vorfertigung der Encoderschicht oder die Verwendung einer Form erfordern - ein Verfahrensgang verstanden, bei dem ein freier Auftrag des flüssigen Beschichtungsmaterials direkt auf die Trägeroberfläche erfolgt. Besonders geeignete Beschichtungstechniken umfassen einen Auftragvorgang durch Aufstreichen, Aufspritzen bzw. Aufsprühen, Tauchen oder Aufpressen sowie einen anschließenden Aushärtevorgang.
Ein solcher Beschichtungsprozess ist zum einen fertigungstechnisch einfach durchzuführen. Zum anderen lässt sich auf diese Weise eine Encoderschicht mit besonders geringer Stärke realisieren. Die Stärke der erfindungsgemäß hergestellten Encoderschicht beträgt in bevorzugter Ausgestaltung weniger als 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,3 mm und 0,7 mm.
Als Matrixmaterial für die Encoderschicht wird in bevorzugt ein Lack herangezogen. Weiterhin können aber auch ein anderweitiger (Farb-)Anstrichstoff, ein Klebstoff oder ein Harz als Matrixmaterial verwendet werden, sofern dieses Material in ausgehärtetem Zustand mit dem Träger eine haftende Verbindung eingeht und mittels des Beschichtungsprozesses aufgetragen werden kann. Das Matrixmaterial kann auch aus der Mischung von mehreren Stoffen der vorstehend genannten Art bestehen.
Bei dem Magnetpulver handelt es sich bevorzugt um ein Ferrit, ein Selten-Erd-Metall oder um eine Mischung aus solchen magnetisierbaren Bestandteilen. Dem Matrixmaterial ist in vorteilhafter Ausführung mindestens 50 Vol.-% Magnetpulver, gemessen an dem flüssigen Rohzustand, zugesetzt.
Das Encoderelement ist in bevorzugter Ausführung der Erfindung zu dem fertigen Encoder fortgebildet, indem der Encoderschicht eine Magnetisierung aufgeprägt ist.
In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung trägt die Encoderschicht eine ringförmige Magnetisierungsspur mit einer in Umfangsrichtung periodisch alternierenden Polung, d. h. eine Magnetisierungsspur, deren - insbesondere axial ausgerichtete - Magnetisierung in Umfangsrichtung periodisch das Vorzeichen wechselt. Optional können mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Magnetisierungsspuren in die Encoderschicht eingeprägt sein. Diese Magnetisierungsspuren unterscheiden sich insbesondere dadurch, das in Abhängigkeit des Drehwinkels die Polung je zweier Magnetisierungsspuren in unterschiedlicher Weise variiert.
Ein solcher Encoder dient insbesondere zur Anzeige einer Drehstellung, Drehzahl und/oder Drehrichtung, etc. des zugeordneten Lagerbestandteils.
In alternativer Ausführung ist der Encoderschicht eine in Umfangsrichtung homogene Magnetisierung aufgeprägt. Der solchermaßen realisierte Encoder ermöglicht insbesondere die Anzeige einer Kippstellung des zugeordneten Lagerbestandteils bezüglich einer Lagerachse.
Beide Kodierungsvarianten können auch an ein und derselben Encoderschicht verwirklicht sein, z. B. indem zwei konzentrische Magnetisierungsspuren mit in Umfangsrichtung alternierender Polung beziehungsweise homogener Magnetisierung vorgesehen sind.
Um die Encoderschicht gegen Umwelteinflüsse besser zu schützen, ist in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung die Encoderschicht an der von dem Träger angewandten Seite von einer nicht-magnetischen Schutzschicht überzogen. Diese Schutzschicht besteht bevorzugt aus einem Lack, einem thermoplastischen Kunststoff oder einem Elastomer, wobei in letzterem Fall die Schutzschicht zweckmäßigerweise auf den Träger und die Encoderschicht aufvulkanisiert ist. In einer gegenüber Alterungserscheinungen und Umwelteinflüssen besonders unempfindlichen Ausführungsform besteht diese Schutzschichtaus demselben Matrixmaterial, das auch die Grundsubstanz der Encoderschicht bildet, wobei aber im Unterschied zu der Encoderschicht der Schutzschicht kein Magnetpulver zugesetzt ist. Die Schutzschicht hat bevorzugt eine im Vergleich zu der Encoderschicht geringere Stärke. Insbesondere ist die Schutzschicht im Falle einer Lackbeschichtung bevorzugt nur wenige Mikrometer stark.
Der Träger ist in einer nicht erfindungsgemäßen Variante durch ein an dem Lagerbestandteil befestigtes oder befestigbares Winkelblech gebildet.
Erfindungsgemäß ist die Encoderschicht direkt auf einen Lagerinnenring oder einem Lageraußenring aufgetragen, so dass dieser Lagerinnenring bzw. - außenring als Träger dient.
Bei einem Lager, bei dem der Lagerinnenring bzw. Lageraußenring zwei bezüglich einer Lagerachse axial zueinander beabstandeten Laufflächen für Wälzkörper aufweist, ist die Encoderschicht in einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung zwischen diesen beiden Laufflächen, und somit im Lagerinneren, angeordnet. Die Encoderschicht ist hierdurch besonders effektiv gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Schmutz und Wasser geschützt.
In einer nicht erfindungsgemäßen Variante ist die Encoderschicht unmittelbar auf eine Nabe oder einer Lagerflansch aufgebracht, so dass in diesem Fall die Nabe bzw. der Lagerflansch als Träger für die Encoderschicht dient.
In einer nicht erfindungsgemäßen Variante ist der Träger der Encoderschicht durch einen Wälzkörperkäfig oder durch einen Wälzkörper gebildet. Die letztgenannte Ausführung wird dabei bevorzugt bei einem Lager mit rollenförmigen Wälzkörpern eingesetzt. Die Encoderschicht ist in diesem Fall insbesondere auf eine der - im Betrieb des Lagers weitgehend unbelasteten - Stirnseiten des Wälzkörpers aufgebracht. Die Aufbringung der Encoderschicht auf einen oder mehrere Wälzkörper ist insbesondere zu Test- und Prüfzwecken vorteilhaft, um den Umlauf und/oder die Drehung der Wälzkörper im Betrieb des zu testenden Lagers auf einfache Weise technisch zu erfassen.
In einer nicht erfindungsgemäßen Variante ist der die Encoderschicht tragende Träger Teil einer Lagerdichtung. Insbesondere bildet der Träger hierbei eine Dichtfläche, an der eine Dichtlippe der Lagerdichtung anliegt.
In allen vorstehend genannten Varianten ist die die Encoderschicht tragende Trägeroberfläche bevorzugt in der vorgesehenen Einbauposition des jeweiligen Trägers zumindest teilweise axial (d. h. senkrecht zur Lagerachse), radial (im wesentlichen konzentrisch zu Lagerachse) oder schräg zur Lagerachse ausgerichtet.
Die obige Aufgabe wird bezüglich des Lagers erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 14. Danach umfasst das Lager ein Encoderelement der vorstehend beschriebenen Art.
Um mit Hilfe des Encoderelements die Orientierung eines beweglichen Lagerbestandteils aufzunehmen, umfasst das Lager zweckmäßigerweise zusätzlich einen Magnetsensor. Der Magnetsensor ist dem mit einer Magnetisierung versehenen Encoderelement dabei derart zugeordnet, dass er im Betrieb des Lagers das von dem Encoderelement erzeugt Magnetfeld erfasst. Der Magnetsensor leitet hieraus ein für die Stellung und/oder Bewegung des Lagerbestandteils charakteristisches Messsignal ab.
Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile liegen insbesondere darin, dass in Folge der besonders flachen und somit platzsparenden Encoderschicht die Anbringung derselben an quasi beliebiger Stelle des Lagers erfolgen kann. Je nach den an ein spezielles Lager gerichteten Anforderungen kann die Encoderschicht daher an der für dieses Lager optimalen Stelle angebracht werden. Die Herstellung der Encoderschicht ist zudem besonders unaufwändig und somit kostengünstig.
Alle vorstehend beschriebenen Aufbringungsvarianten der Encoderschicht an verschiedenen Lagerbestandteilen können auch in Kombination miteinander eingesetzt werden. Insbesondere können an einem Lager mehrere Encoderschichten an unterschiedlichen Lagerbestandteilen vorgesehen sein.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in einem Querschnitt entlang einer Lagerachse ein ausschnitthaft dargestelltes Radlager mit einem Innenring und einem einstückig mit diesem verbundenen Encoderelement,
2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt II des Lagers gemäß 1,
3 in Darstellung gemäß 1 eine alternative Ausführung des Lagers,
4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt IV des Lagers gemäß 3,
5 in Darstellung gemäß 2 eine weitere Ausführungsform des Lagers,
6 und 7 in Darstellung gemäß 1 zwei weitere ausschnitthaft dargestellte Ausführungsvarianten des Lagers, bei denen das Encoderelement in eine Nabe beziehungsweise einen Lagerflansch integriert ist,
8 und 9 in Darstellung gemäß 1 zwei weitere ausschnitthaft dargestellte Ausführungsvarianten des Lagers, bei denen das Encoderelement Bestandteil eines gegenüber einem Innenring drehbaren Außenrings ist,
10 in Darstellung gemäß 2 eine weitere ausschnitthaft dargestellte Ausführungsvariante des Lagers, bei der das Encoderelement einen Träger aus einem Winkelblech aufweist, wobei der Träger in eine Lagerdichtung integriert ist,
11 bis 14 jeweils im Querschnitt unterschiedliche Ausführungsvarianten der Lagerdichtung mit integrierten Encoderelement,
15 bis 20 jeweils im Querschnitt unterschiedliche Ausführungsformen des mit einem jeweils unterschiedlich ausgeführten Winkelblech als Träger versehenen Encoderelements,
21 in Darstellung gemäß 15 eine weitere Ausführungsform des Encoderelements mit einer aufgeprägten Magnetisierung,
22 bis 24 in perspektivischer Darstellung das Encoderelement gemäß 17 mit in jeweils unterschiedlicher, Weise aufgeprägter Multipol-Magnetisierung,
25 in perspektivischer Darstellung ein Wälzlager mit rollenförmigen Wälzkörpern, von denen mindestens eines das Encoderelement enthält,
26 in einem Querschnitt das Wälzlager gemäß 25, und
27 bis 30 jeweils in perspektivischer, teilgeschnittener Darstellung verschiedene Ausführungen von Wälzkörperkäfigen, in die das Encoderelement jeweils integriert ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen ein (Rad-)Lager 1 zur drehbaren Aufhängung eines Kraftfahrzeugrades an einer Kraftfahrzeugkarosserie. Das Lager 1 umfasst einen Außenring 2, der über einen Karosserieflansch 3 rotationsfest an der Radaufhängung der Fahrzeugkarosserie festlegbar ist. Das Lager 1 umfasst weiterhin eine Nabe 4, die innerhalb des Außenrings 2 um eine Lagerachse 5 drehbar gehalten ist. Die Nabe 4 geht zu einer Stirnseite hin einstückig in einen Radialflansch 6 über, der zur Aufhängung eines Fahrzeugrades dient. An der zu dem Radialflansch 6 entgegengesetzten Stirnseite der Nabe 4 ist mit dieser ein Innenring 7 drehfest verbunden.
Zwischen dem Außenring 2 und der Nabe 4 mit dem darauf befestigten Innenring 7 sind zwei axial zueinander beabstandete Laufbahnen 8 und 9 gebildet, die die Lagerachse 5 ringförmig konzentrisch umgeben, und in denen kugelförmige Wälzkörper 10 umlaufen. Die in jeder der Laufbahnen 8 und 9 umlaufenden Wälzkörper 10 sind in jeweils einem ringförmigen (Wälzkörper-)Käfig 11 rotierbar eingefasst. Außenseitig der Laufbahnen 8 und 9 ist zu beiden Stirnseiten des Lagers 1 zwischen dem Außenring 2 und der Nabe 4 bzw. dem Außenring 2 und dem Innenring 7 jeweils eine Dichtung 12 bzw. 13 vorgesehen. Diese Dichtungen 12,13 dienen dazu, den zwischen dem Außenring 2 und der Nabe 4 bzw. dem Außenring 2 und dem Innenring 7 gebildeten Lagerspalt 14 gegen eindringenden Schmutz und eindringende Feuchtigkeit abzudichten. Die Dichtungen 12 und 13 verhindern zudem ein Austreten von Schmierfett aus dem Lagerspalt 14.
Das Lager 1 umfasst weiterhin ein in 2 näher dargestelltes Encoderelement 20. Dieses Encoderelement 20 umfasst einen außenseitig der Dichtung 13 in den Lagerspalt 14 hineinragenden Träger 21, der durch einen einstückig mit dem Innenring 7 ausgebildeten, kragenartigen Ringansatz gebildet ist. Die von der Laufbahn 9 abgewandte Außenseite des Trägers 21 bildet eine Trägeroberfläche 22, auf der eine axialausgerichtete Encoderschicht 23 aufgebracht ist. Die Encoderschicht 23 besteht aus einem Matrixmaterial in Form eines Lacks, dem ein Magnetpulver in Form von Ferriten zugesetzt ist. Die Encoderschicht 23 hat eine Dicke von ca. 0,4 mm und trägt eine nach dem Aushärten der Lackschicht aufgeprägte, multipolare Magnetisierung.
Außenseitig des Encoderelementes 20 ist ein Magnetsensor 24 in Form eines Hall-Sensors oder eines magnetoresistiven Sensors angeordnet. Der Magnetsensor 24 ist hierbei drehfest mit dem Außenring 2 befestigt, insbesondere mit diesem verklebt. Im Betrieb des Lagers 1 misst der Magnetsensor 24 das von dem Encoderelement 20 erzeugte und bei Drehung der Nabe 4 am Ort des Magnetsensors 24 fluktuierende Magnetfeld. Der Magnetsensor 24 gibt hierbei über eine Zuleitung 25 ein mit der Stärke des gemessenen Magnetfeldes korrelierendes Messsignal aus, aus dem durch eine nicht dargestellte Auswerteeinheit die Drehzahl und/oder die Drehwinkelorientierung der Nabe 4 ermittelt wird.
Die in den 3 und 4 dargestellte Ausführungsform des Lagers 1 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass hier die Laufbahn 8 nicht unmittelbar zwischen dem Außenring 2 und der Nabe 4 gebildet ist. Vielmehr ist in dieser Ausführungsform auf die Nabe 4 ein zusätzlicher Innenring 26 aufgeschoben, der den radial innenseitigen Teil der Laufbahn 8 bildet. Dieser Innenring 26 ist in axialer Richtung in den zwischen den Laufbahnen 8 und 9 gebildeten Lagerzwischenraum 27 hinein verlängert. Bei der Ausführung gemäß 3 und 4 dient diese Verlängerung des Innenrings 26 als Träger 21 für die Encoderschicht 23, die hier außenseitig auf den Innenring 26 aufgebracht ist. Das Encoderelement 20 ist also durch die Encoderschicht 23 und den als Träger 21 wirksamen Innenring 26 gebildet, wobei die Encoderschicht 23 radial bezüglich der Lagerachse 5 ausgerichtet ist.
In Gegenüberstellung zu der Encoderschicht 23 ist in den Außenring 2 eine radiale Bohrung 28 zur Aufnahme eines (hier nicht dargestellten) Magnetsensors vorgesehen.
Bei der in 5 dargestellten Variante des Lagers 1 fehlt im Gegensatz zur 2 der dort als Träger 21 wirkende Ringfortsatz des Innenrings 7. Stattdessen ist die die Encoderschicht 23 tragende Trägeroberfläche 22 hier durch einen zylinderförmigen Flächenabschnitt des Innenrings 7 gebildet, der axial außenseitig an die Laufbahn 9 anschließt. Die Encoderschicht 23 ist hierbei - ebenso wie Trägeroberfläche 22 - radial bezüglich der Lagerachse 5 ausgerichtet.
Die in den 6 und 7 dargestellten Varianten des Lagers 1 gleichen im Wesentlichen der im Zusammenhang mit den 3 und 4 beschriebenen Ausführungsform. Gemäß 6 ist aber abweichend hiervon die Encoderschicht 23 außenseitig der Lagerdichtung 12 direkt auf den Außenumfang der Nabe 4 aufgebracht. Das Encoderelement 20 ist hierbei also durch die Encoderschicht 23 und die als Träger 21 wirkende Nabe gebildet. Die Encoderschicht 23 ist dabei wiederum radial angeordnet. In der Ausführungsform gemäß 7 ist die Encoderschicht 23 dagegen auf der der Dichtung 12 zugewandten Stirnseite des Radialflansches 6 aufgebracht, so dass das Encoderelement 20 durch die Encoderschicht 23 und den als Träger 21 wirkenden Radialflansch 6 gebildet ist. Die Encoderschicht 23 ist in dieser Ausführung wiederum axial ausgerichtet.
In den 8 und 9 ist ein weiteres (Rad-)Lager 1' dargestellt, bei dem - im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen - der Außenring 2 die rotierende Nabe 4 bildet und einstückig mit dem Radialflansch 6 verbunden ist. Dagegen sind hier bestimmungsgemäß die zwei Innenringe 7 und 26, die wie bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen zusammen mit dem Außenring 2 die Laufbahnen 9 bzw. 8 bilden, drehfest mit der Radaufhängung der Fahrzeugkarosserie verbindbar.
In der Ausführung gemäß 8 ist die Encoderschicht 23 auf dem Außenumfang des Außenrings 2 aufgebracht, so dass das Encoderelement 20 hier durch die Encoderschicht 23 den als Träger 21 wirkenden Außenring 2 gebildet ist und die Encoderschicht 23 radial ausgerichtet ist.
Abweichend hiervon ist gemäß 9 die Encoderschicht 23 auf einen stirnseitigen Ringbereich des Außenrings 2 aufgebracht, so dass die Encoderschicht 23 hier axial bezüglich der Lagerachse 5 ausgerichtet ist.
10 zeigt wiederum eine im Wesentlichen 1 und 2 entsprechende Ausführungsform des Lagers 1 mit einem ortsfesten Außenring 2 und einer darin drehbar gelagerten Nabe 4 mit einem bezüglich dieser festgelegten Innenring 7. Gemäß 10 ist - abweichend von 1 und 2 - als Träger 21 ein separates ringförmiges Winkelblech mit einem etwa L-förmigen Querschnitt vorgesehen. Dieser L-förmige Träger 21 ist mit einem Axialschenkel 29 im Presssitz auf dem Außenumfang des Innenringes 7 aufgeschoben, so dass der Träger drehfest auf dem Innenring 7 fixiert ist. Ein den Lagerspalt 14 stirnseitig abschließender Radialschenkel 30 ist axial außenseitig mit der Encoderschicht 23 beschichtet. Die Encoderschicht 23 ist hierdurch axial ausgerichtet.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 ist das Encoderelement 20 Teil der Dichtung 13, die weiterhin eine Dichtlippe 31 sowie einen Träger 32 umfasst. Die Dichtlippe 31 besteht aus einem Elastomermaterial und ist auf den aus einem Winkelblech gebildeten Träger 32 aufvulkanisiert. Dieser Träger 32 ist im Presssitz in den Außenring 2 eingeschoben, so dass die Dichtlippe 31 über den Träger 32 drehfest mit dem Außenring 2 gekoppelt ist. Die Dichtlippe 31 umfasst eine axial wirkende Teillippe 33, die dichtend an einer zu der Encoderschicht 23 entgegengesetzten Innenfläche des Radialschenkels 30 anliegt. Die Dichtlippe 31 umfasst weiterhin eine radial wirkende Teillippe 34, die dichtend an dem Axialschenkel 29 anliegt.
11 zeigt eine weitere Ausführung der Dichtung 13, die im Wesentlichen der in 10 dargestellten Ausführungsform entspricht. Abweichend davon ist gemäß 11 aber die Encoderschicht 23 zusätzlich mit einer Schutzschicht 35 aus Lack überzogen. Die Schutzschicht 35 besteht insbesondere aus dem Lack, der auch das Matrixmaterial der Encoderschicht 23 bildet. Jedoch ist der Schutzschicht 35 kein Magnetpulver zugesetzt, so dass die Schutzschicht 35 nicht magnetisch ist.
Die in 12 dargestellte Ausführung der Dichtung 13 entspricht im Wesentlichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, jedoch ist gemäß 12 abweichend zu der letztgenannten Ausführung die Teillippe 34 in radialer Richtung zusätzlich mit einer Schlauchfeder 36 gegen den Axialschenkel 29 vorgespannt.
Die in 13 dargestellte Ausführung der Dichtung 13 entspricht wiederum im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 11. Jedoch umfasst hier die Dichtlippe 31 zusätzlich zu den Teillippen 33 und 34 eine dritte Teillippe 37, die in axialer Richtung hinter den Axialschenkel 29 des Trägers 21 zurückgezogen angeordnet ist, und die in der vorgesehenen Einbauposition direkt auf dem Außenumfang des Innenrings 7 dichtend zur Anlage kommt.
14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Dichtung 13, die sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen insbesondere durch eine modifizierte Formgebung für die Träger 21 und 32 unterscheidet. So trägt in dieser Ausführungsform der Träger 21 an seinem radial inneren Ende anstelle des Axialschenkels 29 eine von der Lageraußenseite gesehen konkave Sicke 38, deren radial innerer Rand 39 in etwa axialer Richtung verläuft. Der Träger 21 überlappt aufgrund dieser Formgebung in axialer Richtung nicht mit der Teillippe 34 der Dichtlippe 31. Stattdessen ist die Dichtlippe 31 in dieser Ausführung derart ausgeführt, dass ihre Teillippe 34 in Einbaustellung direkt auf dem Außenumfang des Innenrings 7 dichtend zur Anlage kommt.
Der Träger 32 ist gemäß 14 durch einen im Wesentlichen radial ausgerichteten Blechring gebildet. Abweichend von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Dichtung 13 überragt hierbei die Dichtlippe 31 den radial äußeren Rand des Trägers 32 mit einem Haltewulst 40, der in der vorgesehenen Einbauposition unter Vorspannung in einer korrespondierenden Nut im Außenring 2 einliegt.
Als Schutzschicht 35 ist gemäß 14 eine Elastomerschicht vorgesehen, die auf den Träger 21 mit der darauf aufgetragenen Encoderschicht 23 aufvulkanisiert ist. Diese elastomere Schutzschicht 35 ist - abweichend von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen - an ihrem radial äußeren, über den Träger 21 hinausragenden Rand zu einer weiteren Dichtlippe 41 ausgeformt, die bestimmungsgemäß in der Einbaustellung der Dichtung 13 an dem Innenumfang des Außenrings 2 dichtend zur Anlage kommt.
Die 15 bis17 zeigen weitere Ausführungsformen des Encoderelements 20, bei denen der hier stets aus einem ringförmigen Blechteil gefertigte Träger 21 in jeweils unterschiedlicher - jeweils unmittelbar aus der Zeichnung ersichtlicher - Weise geformt ist. Die Encoderschicht 23 ist bei diesen Ausführungsbeispielen stets derart angeordnet, dass sie in der vorgesehenen Einbauposition axial ausgerichtet und der Lageraußenseite zugewandt ist.
Im Gegensatz hierzu zeigt die 18 ein Ausführungsbeispiel des Encoderelements 20, bei dem die Encoderschicht 23 innenseitig auf den Radialschenkel 29 eines hier wiederum winkelförmig gebogenen Trägers 21 aufgebracht ist. Die 19 und 20 zeigen dagegen Ausführungsbeispiele des Encoderelements 20 mit einem jeweils aus einem ringartigen Blechteil gebildeten Träger 21, bei denen die Encoderschicht 23 außenseitig auf eine radial bzw. schräg ausgerichtete Trägeroberfläche 22 aufgebracht ist.
Die 21 bis 24 zeigen verschiedene Beispiele einer magnetischen Kodierung des Encoderelements 20.
Gemäß 21 umfasst das Encoderelement 20 einen Träger 21 aus einem winklig gebogenen Blechteil. Der Radialschenkel 29 dieses Trägers 21 ist hier aber beidseitig mit je einer Encoderschicht 23 beschichtet. Diesen Encoderschichten 23 ist gemäß 21 eine gleichsinnig in axialer Richtung gepolte Magnetisierung aufgeprägt, die über den gesamten Umfang des ringförmigen Encoderelements 20 homogen ist. In der Darstellung ist Magnetisierung der Encoderschichten 23 durch Felder angedeutet, die mit „N“ für den magnetischen Nordpol beziehungsweise mit „S“ für den magnetischen Südpol markiert sind. Die homogene Magnetisierung des Encoderelements 20 ermöglicht es insbesondere, bei dem in 10 dargestellten Lager 1 eine Verkippung der Nabe 4 gegenüber der Lagerachse 5 zu erfassen.
Die 22 zeigt ein Encoderelement 20, das im Wesentlichen der in 17 dargestellten Ausführungsform entspricht. Der Encoderschicht 23 ist hierbei eine Magnetisierung eingeprägt, deren Polung - in axialer Richtung gemessen - über den Umfang des Encoderelements 20 gleichmäßig periodisch fluktuiert. Die ortsabhängige Polung der Encoderschicht 23 ist hierbei in der Darstellung durch schwarze und weiße Felder visualisiert. Folgt man der Encoderschicht 23 in Umfangsrichtung des Encoderelements 20, so ergibt sich somit ein charakteristisch fluktuierendes Magnetisierungsmuster (entsprechend einer Abfolge von schwarzen und weißen Feldern in der Darstellung), das nachfolgend auch als Magnetisierungsspur 42 bezeichnet ist.
Während das in 22 gezeigte Encoderelement 20 zur Drehzahlanzeige eine regelmäßig fluktuierende Magnetisierungsspur 42 aufweist, ist diese Regelmäßigkeit bei der in 23 gezeigten Ausführungsform des Encoderelements 20 gebrochen, indem dort innerhalb der Magnetisierungsspur 42 ein Polungsbereich vorgesehen ist, der gegenüber den übrigen Polungsbereichen eine vergrößerte Umfangswinkelausdehnung aufweist. Dieser ausgezeichnete Polungsbereich dient als Nullstellenmarkierung 43 und ermöglicht eine Bestimmung des absoluten Drehzahlwinkels des zugeordneten Lagerbestandteils, insbesondere also des Innenrings 7 und der damit verbundenen Nabe 4.
In der Ausführungsform gemäß 24 sind der Encoderschicht 23 zwei konzentrische Magnetisierungsspuren 42a,42b eingeprägt, deren Polung in Abhängigkeit der Drehstellung des Encoderelements 20 in unterschiedlicher Weise fluktuiert. Diese Ausführungsform des Encoderelements 20 ermöglicht neben der absoluten und relativen Bestimmung des Drehwinkels auch eine Bestimmung der Drehrichtung des zugeordneten Lagerbestandteils.
Die 25 und 26 zeigen als weitere Ausführungsform der Erfindung ein (Wälz-)Lager 50. Das Lager 50 umfasst einen Außenring 51 sowie einen Innenring 52. Zwischen dem Außenring 51 und dem Innenring 52 ist eine Laufbahn 53 gebildet, in der rollenförmige Wälzkörper 54 um eine Lagerachse 55 umlaufen. Diese Wälzkörper 54 sind durch einen Wälzkörperkäfig 56 rotierbar eingefasst. Bei dem in den 25 und 26 dargestellten Ausführungsbeispiel dienen ein oder mehrere Wälzkörper 54 als Träger 21, indem auf eine Stirnseite 57 dieses Wälzkörpers 54 bzw. dieser Wälzkörper 54 die Encoderschicht 23 aufgebracht ist.
Wird diese Encoderschicht 23 homogen magnetisiert, so lässt sich mittels eines an dem feststehenden Lagerbestandteil befestigten Magnetsensors die Umlaufgeschwindigkeit der als Encoderelement 20 ausgebildeten Wälzkörper 54, d.h. die Bewegung des Schwerpunktes der Wälzkörper 54 erfassen. Wird der Encoderschicht 23 eine Magnetisierung aufgeprägt, deren Polung in Umfangsrichtung des Wälzkörpers 54 variiert, so kann zudem auch die Rollgeschwindigkeit der Wälzkörper 54 bestimmt werden. Die Kenntnis dieser Größen ist insbesondere für Test- und Prüfzwecke im Rahmen der Lagerentwicklung interessant.
Die 27 bis 30 zeigen abschließend Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein Wälzkörperkäfig 11 bzw. 56 integral als Encoderelement 20 ausgebildet ist, indem ein Teil dieses Käfigs 11 bzw. 56 als Träger 21 für die Encoderschicht 23 dient. Die Encoderschicht 23 ist mit anderen Worten in diesen Ausführungsformen direkt auf den Käfig 11 bzw. 56 aufgebracht. Gemäß 27 und 29 ist die Encoderschicht 23 hierbei auf eine Stirnseite des Käfigs 11 bzw. 56 aufgebracht, so dass die Encoderschicht 23 axial bezüglich der Lagerachse 5 bzw. 55 ausgerichtet ist. Gemäß 28 bzw. 30 ist die Encoderschicht 23 auf den Außenumfang des jeweiligen Käfigs 11 bzw. 56 aufgebracht, so dass die Encoderschicht 23 hier radial bezüglich der Lagerachse 5 bzw. 55 ausgerichtet ist.
Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Encoderschicht 23 auf das jeweils als Träger 21 dienende Bauteil direkt aufgesprüht. Als Ausgangsmaterial dient hierbei ein zur Auftragung auf einer Metalloberfläche geeigneter Flüssiglack, dem bevorzugt ca. 60 Vol.-% eines Magnetpulvers aus Ferriten zugesetzt ist. Nach dem Auftragen und Aushärten des mit dem Magnetpulver versetzten Lacks ist das Encoderelement 20 an sich fertiggestellt. In einem folgenden Fertigungsschritt wird dann optional die gegebenenfalls vorgesehene Schutzschicht 35 aufgebracht und/oder eine gewünschte Magnetisierung aufgeprägt.
Bezugszeichenliste

1,1': (Rad-)Lager
2: Außenring
3: Karosserieflansch
4: Nabe
5: Lagerachse
6: Radialflansch
7: Innenring
8,9: Laufflächen
10: Wälzkörper
11: (Wälzkörper) Käfig
12,13: Dichtung
14: Lagerspalt
20: Encoderelement
21: Träger
22: Trägeroberfläche
23: Encoderschicht
24: Magnetsensor
25: Messsignal
26: Lagerinnenring
27: Lagerzwischenraum
28: Bohrung
29: Axialschenkel
30: Radialschenkel
31: Dichtlippe
32: Träger
33: Teillippe
34: Teillippe
35: Schutzschicht
36: Schlauchfeder
37: Teillippe
38: Sicke
39: Rand
40: Haltewulst
41: Dichlippe
42,42a,42: Magnetierungspur
50: (Wälz-)Lager
51: Außenring
52: Innenring
53: Laufbahn
54: Wälzkörper
55: Lagerachse
56: (Wälzkörper-)Käfig
57: Stirnseite

Claims

Lagerbestandteil mit einem Encoderelement (20) zur Anzeige einer Stelllung und/oder Bewegung des Lagerbestandteils, mit einem Träger (21) und einer darauf flächig aufgebrachten magnetischen oder magnetisierbaren Encoderschicht (23), wobei die Encoderschicht (23) aus einem im Rohzustand flüssigen Matrixmaterial mit zugesetztem Magnetpulver gebildet ist, und wobei die Encoderschicht (23) direkt auf eine Trägeroberfläche (22) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbestandteil ein unmittelbar als Träger (21) für die Encoderschicht (23) dienender Lagerinnenring (7,26) oder Lageraußenring (2) ist.
Lagerbestandteil nach Anspruch 1, wobei die Encoderschicht (23) durch Aufstreichen, Aufspritzen, Aufsprühen, Tauchen oder Aufpressen unter anschließendem Aushärten auf die Trägeroberfläche (22) aufgebracht ist.
Lagerbestandteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Encoderschicht (23) in ausgehärtetem Zustand eine Stärke von weniger als 0,8 mm, bevorzugt zwischen 0,3 mm und 0,7 mm aufweist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Matrixmaterial aus einem Lack, einem Anstrichstoff, einem Klebstoff oder einem Harz gebildet ist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Magnetpulver ein Ferrit und/oder ein Selten-Erd-Metall enthält.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dem Matrixmaterial mindestens 50 Vol.-% Magnetpulver zugesetzt ist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Encoderschicht (23) eine Magnetisierungspur (42, 42a, 42b) mit in Umfangsrichtung periodisch alternierender Polung aufweist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Encoderschicht (23) eine in Umfangsrichtung homogene Magnetisierung aufweist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Encoderschicht (23) mit einer nicht-magnetischen Schutzschicht (35) aus einem Lack, einem thermoplastischen Kunststoff oder einem Elastomer überzogen ist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Lagerinnenring (7, 26) bzw. Lageraußenring (2) zwei bezüglich einer Lagerachse (5) axial zueinander beabstandete Laufflächen (8, 9) für Wälzkörper (10) aufweist, und wobei die Encoderschicht (23) zwischen beiden Laufflächen (8, 9) angeordnet ist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die die Encoderschicht (23) tragende Trägeroberfläche (22) in Einbauposition des Trägers (21) bezüglich einer Lagerachse (5, 56) zumindest teilweise axial ausgerichtet ist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die die Encoderschicht (23) tragende Trägeroberfläche (22) in Einbauposition des Trägers (21) bezüglich einer Lagerachse (5, 56) zumindest teilweise radial ausgerichtet ist.
Lagerbestandteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die die Encoderschicht (23) tragende Trägeroberfläche (22) in Einbauposition des Trägers (21) zumindest teilweise schräg zu einer Lagerachse (5, 56) ausgerichtet ist.
Lager (1, 1', 50), mit einem Lagerbestandteil mit einem Encoderelement (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Lager (1, 1', 50) nach Anspruch 14, mit einem Magnetsensor (24) zur Messung eines von dem Encoderelement (20) erzeugten Magnetfelds sowie zur Erzeugung eines für eine Stellung und/oder Bewegung eines Lagerbestandteils charakteristischen Messignals aus dem gemessenen Magnetfeld.