DE102018131195A1 - Radlagereinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs - Google Patents

Radlagereinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit (1) eines Fahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, umfassend eine Nabe (2) zur Anbringung eines Rades (3) des Fahrzeugs, wobei die Nabe (2) mittels mindestens eines Lagers (4) in einem Gehäuse (5) gelagert ist, wobei Mittel (6, 7, 8) zur Erfassung einer vom Rad (3) auf das Gehäuse (5) übertragenen Kraft vorhanden sind. Um in einfacher Weise die effektiv wirksamen Kräfte vom Boden auf das Gehäuse messen zu können, sieht die Erfindung vor, dass die Mittel (6, 7, 8) einen Messring (6) umfassen, der an einem der Ringe (9) des Lagers (4) angeordnet ist, wobei im lastfreien Zustand der Radlagereinheit (1) zumindest abschnittsweise ein radialer Spalt (7) zwischen dem Messring (6) und einer Aufnahmebohrung (10) für den Ring (9) des Lagers (4) im Gehäuse (5) vorliegt, wobei im Gehäuse (5) mindestens ein Abstandssensor (8) angeordnet ist, mit dem der Abstand des Messrings (6) im Bereich des radialen Spalts (7) vom Gehäuse (5) gemessen werden kann.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Radlagereinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, umfassend eine Nabe zur Anbringung eines Rades des Fahrzeugs, wobei die Nabe mittels mindestens eines Lagers in einem Gehäuse gelagert ist, wobei Mittel zur Erfassung einer vom Rad auf das Gehäuse übertragenen Kraft vorhanden sind.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Messsysteme zur Erfassung der Radkraft sind bei Automobilen hinlänglich bekannt und werden insbesondere benötigt, um die elektronischen Stabilisierungssysteme des Fahrzeugs (ESP) zu optimieren. Derartige Messsysteme sind auch bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen, insbesondere bei Traktoren, nötig. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass die größten Treibstoffverluste (nach dem Motor) zwischen dem Reifen und dem Boden entstehen. Diese Verluste lassen sich durch richtiges Ballastiren des landwirtschaftlichen Fahrzeugs verringern. Hierzu ist es allerdings erforderlich zu wissen, mit welcher Kraft das Rad während der Benutzung des Fahrzeugs auf den Boden drückt. Diese Kraft lässt sich nicht im Stand ermitteln, vielmehr ist hierfür eine Radaufstandskraftmessung im Fahrzeug nötig.
  • Eine gattungsgemäße Radlagereinheit ist aus der DE 10 2009 025 494 B4 bekannt. Bei der hier beschriebenen Lösung wird ein Abstandssensor eingesetzt, der den Abstand zwischen der Felge und der Reifenaufstandsfläche erfasst. Kennt man den Luftdruck im Reifen sowie dessen Kennlinie „Druck-Einfederungsweg“ abhängig von der Last bzw. der Temperatur, kann man zurückrechnen, welche Last auf dem Reifen liegt. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass eine spezielle Felge sowie eine Telemetrie (zur Übertragung des gemessenen Signals vom drehenden Reifen zu einem Steuergerät) erforderlich sind, was das System entsprechend teuer macht. Weiterhin muss die Kennlinie des Reifens bekannt sein, die nicht jeder Reifenhersteller zur Verfügung stellt. Wird also ein anderer Reifen (beispielsweise mit einer anderen Gummizusammensetzung oder einer anders gewickelten Karkasse) eines anderen Herstellers eingesetzt, ist eine entsprechende Anpassung des Systems erforderlich.
  • Eine andere gattungsgemäße Lösung offenbart die DE 10 2013 110 311 A1 . Hier wird mit dem magneto-rheologischen Prinzip gearbeitet. Wird ein Rad des Traktors belastet, verbiegt sich die das Rad tragende Welle und es entstehen entsprechende Spannungen in derselben. Diese Spannungen kann man mit dem magneto-rheologischen Prinzip messen und so auf die Radaufstandskräfte zurückrechnen. Problematisch ist bei dieser Lösung, dass auch Kräfte quer zur Kraft in Radaufstandsrichtung (Kräfte „quer zum Berg“) zu einer entsprechenden Verbiegung der Welle führen. Somit ist es mit dieser Lösung nicht möglich, die reine Radaufstandskraft zu erfassen. Die Schwierigkeiten bei dieser Lösung bestehen also darin, die Radaufstandskräfte von den sonstigen am Rad wirkenden Querkräften zu unterscheiden, da beide zu einer Verbiegung der Welle führen.
  • Generell möglich ist es weiterhin, den Druck und den Einfederungsweg von Hydraulikzylindern zu messen, mit denen die Vorderachsen von Traktoren zumeist gefedert sind. Durch die Erfassung des Drucks und des Einfederungsweges ist auch ein Rückschluss auf die Achslast möglich. Allerdings verfälscht hier die Dichtungsreibung im Hydraulikzylinder das Ergebnis. Dies ist insbesondere beim Übergang vom Bereich der Haftreibung zur Gleitreibung relevant. Demgemäß ist dieses Verfahren nicht besonders genau.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Radlagereinheit zu schaffen, mit der es in einfacher und effektiver Weise möglich ist, die wirksamen Kräfte vom Boden auf das Gehäuse messen zu können. Somit soll in möglichst genauer Weise mit einfachen Mitteln die Radaufstandskraft erfasst werden können.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erfassung der vom Rad auf das Gehäuse übertragenen Kraft einen Messring umfassen, der an einem der Ringe des Lagers angeordnet ist, wobei im lastfreien Zustand der Radlagereinheit zumindest abschnittsweise ein radialer Spalt zwischen dem Messring und einer Aufnahmebohrung für den Ring des Lagers im Gehäuse vorliegt, wobei im Gehäuse mindestens ein Abstandssensor angeordnet ist, mit dem der Abstand des Messrings im Bereich des radialen Spalts vom Gehäuse bzw. von der Aufnahmebohrung gemessen werden kann.
  • Bevorzugt sind dabei mehrere Abstandssensoren um den Umfang des Rings des Lagers herum im Gehäuse angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist ein Abstandssensor in der vertikalen Wirkungslinie angeordnet und ein weiterer Abstandssensor hierzu um die Achse des Lagers um 90° versetzt angeordnet. Damit ist es möglich, gezielt zum einen die Radaufstandskräfte in vertikaler Richtung und hiervon isoliert Kräfte quer dieser Richtung zu ermitteln.
  • Der Messring erstreckt sich nach einer Weiterbildung über die axiale Erstreckung des Rings hinaus und ist mit einem Endbereich mit dem Gehäuse verbunden. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass der Messring im axialen Bereich zwischen dem Kontakt mit dem Ring des Lagers und dem Endbereich in seiner radialen Dicke im Verhältnis zur Dicke im Bereich des Rings des Lagers und zur Dicke im Endbereich reduziert ist. Mit dieser Maßnahme ist es möglich, das System sensibel zu gestalten, so dass kraftbedingte Verformungen begünstigt werden. Es kann so eine hinreichende Genauigkeit der Messung erreicht werden, wozu im gegebenen Falle besagte radiale Dicke variiert und angepasst wird. Je geringer die Dicke ist desto größer werden die Verformungen des Messrings.
  • Der Messring kann den Ring des Lagers axial übergreifen und mit einem sich radial erstreckenden Abschnitt umfassen. Der Messring kann dabei mit dem sich radial erstreckenden Abschnitt im lastfreien Zustand mit einem axialen Spalt zu einer axialen Anlagefläche im Gehäuse angeordnet sein. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass im Bereich des axialen Spalts mindestens ein Abstandssensor angeordnet ist, mit dem der Abstand des Messrings im Bereich des axialen Spalts von der axialen Anlagefläche des Gehäuses gemessen werden kann. Der Messring kann dabei mit seinem Endbereich an einer axialen Anlagefläche des Gehäuses anliegen. Auf diese Weise ist es möglich, auch axiale Kräfte zu erfassen, die vom Rad auf das Gehäuse übertragen werden.
  • Die Abstandssensoren sind bevorzugt als kapazitive oder induktive Sensoren ausgebildet.
  • Die vorgeschlagene Ausgestaltung mit radialem und axialem Spalt hat auch den vorteilhaften Effekt, dass keine Überlastung der Anordnung mit nachteiligen plastischen Verformungen des Messrings erfolgen kann. Bei entsprechend hoher Belastung und großen Kräften legt sich die Oberfläche des Messrings nach Überwindung des Spalts an die Gehäuseoberfläche an, so dass weitergehende Verformungen nicht mehr möglich sind.
  • Die Größe des radialen bzw. axialen Spalts kann beispielsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 3,0 mm liegen. Er wird so groß gewählt, dass sich der Messring im Bereich der Messung zwar frei bewegen kann, allerdings im Falle der Einleitung höherer Lasten dafür Sorge getragen ist, dass der Messring im Bereich der Aufnahmebohrung für das Lager zur Anlage kommt und so verhindert wird, dass er plastisch deformiert wird.
  • Die vorgesehenen Spalte (d. h. sowohl der radiale als auch der axiale Spalt) sind also so ausgelegt, dass sie im regulären Messbereich des Messrings größer als Null sind. Wird der Messbereich durch zu große Lasten (Missbrauchslasten) überschritten, kommt es zur Anlage des Messrings am Gehäuse (der Spalt reduziert sich dann also zu Null), so dass einer Zerstörung des Messrings vorgebeugt wird.
  • Mit der vorgeschlagenen Lösung ist es in einfacher Weise möglich, die Daten vom Messmittel (Abstandssensoren) zu erfassen und durch entsprechende Auswertung auf die tatsächlich in Radaufstandsrichtung wirkenden Kräfte zu schließen.
  • Insbesondere durch mehrere um den Umfang herum verteilt angeordnete Abstandssensoren wird die Differenzierung der Kräfte in den verschiedenen Achsrichtungen erleichtert. Die Auswertung der Signale erlaubt die Berechnung der von den Querkräften isolierten Radaufstandskräfte.
  • Da bei Radlagern von Traktoren der Außenring des Lagers stehend ist, entfällt vorteilhafter Weise eine Telemetrie (d. h. Datenübertragung vom sich drehenden zum ruhenden Bauteil).
  • Vorteilhafter Weise werden mehrere Lager der Radlageranordnung des (insbesondere landwirtschaftlichen) Fahrzeugs (d. h. das zumeist vorhandene innere und das äußere Lager) mit einer entsprechenden Sensorik versehen, so dass eine breite Basis für die Datenerhebung vorliegt.
  • Die oben beschriebenen Nachteile der vorbekannten Lösungen können somit überwunden werden.
  • Die vorgeschlagene Radlagereinheit kommt bevorzugt bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen zum Einsatz. Gleichermaßen können allerdings auch generell mobile Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Baumaschinen oder Flurförderfahrzeuge, erfindungsgemäß ausgestattet werden.
  • Figurenliste
  • In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • 1 die Seitenansicht eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs in Form eines Traktors und
    • 2 den Radialschnitt durch eine Radlagereinheit des Traktors gemäß 1.
  • Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • In 1 ist ein landwirtschaftliches Fahrzeug 17 in Form eines Traktors zu sehen. Der angedeutete Schnitt A-A gibt an, von welchem Bereich des Traktors im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel vorliegend gesprochen wird, nämlich von der Radlagerung im vorliegenden Falle der Hinterräder. Natürlich kann das vorgeschlagene Konzept analog auch an den Vorderrädern eingesetzt werden.
  • Von der Radlagerung ist in 2 ein Teil dargestellt, nämlich eine Radlagereinheit 1, die eine Nabe 2 aufweist, an der ein Rad 3 befestigt ist. Die Nabe 2 ist mittels eines Lagers 4 relativ zu einem Gehäuse 5 gelagert, wie es dem Stand der Technik entspricht. Die Radlagereinheit 1 ist weiterhin mit Mitteln 6, 7, 8 versehen, mit denen eine vom Rad 3 auf das Gehäuse 5 übertragene Kraft erfasst bzw. gemessen werden kann. Hierzu ist eine nicht dargestellte elektronische Auswerteeinheit erforderlich, die mit den Mitteln 6, 7, 8 (und namentlich mit einem Abstandssensor 8) verbunden ist.
  • Die Mittel zur Erfassung der Kraft umfassen zunächst einen Messring 6. Dieser besteht im wesentlichen aus vier axialen Abschnitten: Ein Abschnitt des Messrings 6 erstreckt sich über die außenliegende zylindrische Fläche des Außenrings 9 des Lagers 4 und liegt an dieser an. Ein weiterer Abschnitt (ganz rechts in 2) umgreift den Außenring 9 des Lagers 4 mit einem sich radial erstreckenden Abschnitt 12. Ein weiterer Abschnitt (ganz links in 2), nämlich ein Endbereich 11, erstreckt sich über den Bereich einer Verbindungsstelle, wo der Messring 6 in einer Aufnahmebohrung des Gehäuses 5 liegt und axial gegen eine Anlagefläche 16 im Gehäuse anliegt. Schließlich ist ein axialer Abschnitt vorhanden, der im Verhältnis zu den anderen Abschnitten in der radialen Dicke geschwächt ist; dieser Abschnitt liegt zwischen demjenigen Abschnitt, der mit dem Ring 9 des Lagers 4 verbunden ist, und dem Endbereich 11.
  • Zu erkennen ist in 2, dass der Messring 6 sowohl mit einem radialen Spalt 7 als auch mit einem axialen Spalt 13 eingebaut ist.
  • Zur Erfassung von Kräften, die vom Rad 3 bzw. der Nabe 2 auf das Gehäuse 5 wirken, sind mehrere Abstandssensoren 8 um den Umfang des Lagers 4 herum angeordnet. In 2 ist ein Abstandssensor 8 dargestellt, der zur Aufnahme von Kräften in vertikale Richtung V dient. Um die Drehachse des Lagers 4 herum um 90° versetzt ist ein weiterer (nicht dargestellter) Abstandssensor vorgesehen, der entsprechend zur Ermittlung von Kräften quer zur vertikalen Richtung V (also in horizontale Richtung) dient.
  • Zur Erfassung von axialen Kräften ist ein weiterer Abstandssensor 15 vorhanden.
  • Infolge der Verformung des Messrings 6 aufgrund der genannten Kräfte ändert sich auch die Größe des Spalts 7 (im Falle radialer Kräfte) und des Spalts 13 (im Falle axialer Kräfte); die Abstandssensoren 8 und 15 erfassen diese Änderung. In einer (nicht dargestellten) Auswerteeinheit kann dann aufgrund einer vorher erfolgten Kalibrierung auf die tatsächlich aktuell wirkenden Kräfte rückgeschlossen werden. Namentlich ist es möglich, die Kraft in vertikaler Richtung V von anderen (Quer)Kräften in einfacher Weise zu isolieren, wozu das Signal des Abstandssensors 8 herangezogen wird.
  • Wie 2 entnommen werden kann, liegt der Messring 6 fest im Bereich des Endbereich 11 in einer Aufnahmebohrung des Gehäuses 5 sowie fest am Außenumfang des Außenrings 9 des Lagers 4 an; ferner umgreift der Messring 6 den Außenring 9 des Lagers 4 mit seinem Abschnitt 12. Indes ist ersichtlich, dass zwischen dem Messring 6 im Bereich der axialen Erstreckung des Außenrings 9 des Lagers 4 zur Aufnahmebohrung 10 im Gehäuse 5 im lastfreien Zustand der radiale Spalt 7 vorliegt. Werden große Kräfte von der Nabe 2 auf das Gehäuse 5 übertragen, kommt es demgemäß zur Anlage des Messrings 6 an die Aufnahmebohrung 10, wodurch eine Überlastung des Messrings 6 vermieden wird. Nach Anlage des Messrings 6 an der Aufnahmebohrung 10 infolge hoher Kräfte werden dann also die Kräfte quasi um den Messring 6 herum in das Gehäuse 5 eingeleitet, so dass der Messring geschont bleibt.
  • Entsprechend liegt der Messring 6 mit seinem sich radial erstreckenden Abschnitt 12 in einem innenliegenden radialen Abschnitt an einer axialen Anlagefläche 18 im Gehäuse 5 fest an. Indes liegt der Abschnitt 12 bei Lastfreiheit in seinem radial außen liegenden Bereich frei, so dass der axiale Spalt 13 zu der axialen Anlagefläche 14 im Gehäuse vorliegt.
  • Somit kann bei hoher axialer Belastung der Messring 6 mit seinem Abschnitt 12 zur Anlage an der Anlagefläche 14 gelangen, um insoweit eine Überlastung des Messrings 6 zu vermeiden. In diesem Falle erfolgt die axiale Kraftübertragung über die Anlagefläche 16 und den Messring 6 auf die Anlagefläche 14.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Radlagereinheit
    2
    Nabe
    3
    Rad
    4
    Lager
    5
    Gehäuse
    6, 7, 8
    Mittel zur Erfassung einer Kraft
    6
    Messring
    7
    radialer Spalt
    8
    Abstandssensor
    9
    Ring des Lagers
    10
    Aufnahmebohrung
    11
    Endbereich
    12
    sich radial erstreckender Abschnitt des Messrings
    13
    axialer Spalt
    14
    axiale Anlagefläche im Gehäuse
    15
    Abstandssensor
    16
    axiale Anlagefläche im Gehäuse
    17
    Fahrzeug / landwirtschaftliches Fahrzeug (Traktor)
    18
    axiale Anlagefläche im Gehäuse
    V
    vertikale Wirkungslinie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009025494 B4 [0003]
    • DE 102013110311 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Radlagereinheit (1) eines Fahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, umfassend eine Nabe (2) zur Anbringung eines Rades (3) des Fahrzeugs, wobei die Nabe (2) mittels mindestens eines Lagers (4) in einem Gehäuse (5) gelagert ist, wobei Mittel (6, 7, 8) zur Erfassung einer vom Rad (3) auf das Gehäuse (5) übertragenen Kraft vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (6, 7, 8) einen Messring (6) umfassen, der an einem der Ringe (9) des Lagers (4) angeordnet ist, wobei im lastfreien Zustand der Radlagereinheit (1) zumindest abschnittsweise ein radialer Spalt (7) zwischen dem Messring (6) und einer Aufnahmebohrung (10) für den Ring (9) des Lagers (4) im Gehäuse (5) vorliegt, wobei im Gehäuse (5) mindestens ein Abstandssensor (8) angeordnet ist, mit dem der Abstand des Messrings (6) im Bereich des radialen Spalts (7) vom Gehäuse (5) gemessen werden kann.
  2. Radlagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abstandssensoren (8) um den Umfang des Rings (9) des Lagers (4) herum im Gehäuse (5) angeordnet sind.
  3. Radlagereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandssensor (8) in der vertikalen Wirkungslinie (V) angeordnet ist und mindestens ein weiterer Abstandssensor (8) hierzu um die Achse des Lagers (4) um 90° versetzt angeordnet ist.
  4. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Messring (6) über die axiale Erstreckung des Rings (9) hinaus erstreckt und mit einem Endbereich (11) mit dem Gehäuse (5) verbunden ist.
  5. Radlagereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messring (6) im axialen Bereich zwischen dem Kontakt mit dem Ring (9) des Lagers (4) und dem Endbereich (11) in seiner radialen Dicke im Verhältnis zur Dicke im Bereich des Rings (9) des Lagers (4) und zur Dicke im Endbereich (11) reduziert ist.
  6. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messring (6) den Ring (9) des Lagers (4) axial übergreift und mit einem sich radial erstreckenden Abschnitt (12) umfasst.
  7. Radlagereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messring (6) mit dem sich radial erstreckenden Abschnitt (12) im lastfreien Zustand mit einem axialen Spalt (13) zu einer axialen Anlagefläche (14) im Gehäuse (5) angeordnet ist.
  8. Radlagereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des axialen Spalts (13) mindestens ein Abstandssensor (15) angeordnet ist, mit dem der Abstand des Messrings (6) im Bereich des axialen Spalts (13) von der axialen Anlagefläche (14) des Gehäuses (5) gemessen werden kann.
  9. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messring (6) mit seinem Endbereich (11) an einer axialen Anlagefläche (16) des Gehäuses (5) anliegt.
  10. Radlagereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren (8, 15) als kapazitive oder induktive Sensoren ausgebildet sind.
DE102018131195.8A 2018-12-06 2018-12-06 Radlagereinheit eines Fahrzeugs, insbesondere eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs Pending DE102018131195A1 (de)

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