DE3814920A1 - Lager fuer ein sich drehendes teil und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere für Fahrzeug­ räder, das zum Lagern eines sich drehenden Teils dient und gleichzei­ tig die Feststellung der Winkelgeschwindigkeit des sich drehenden Teils mit Hilfe eines elektromagnetischen Sensors ermöglicht, der beispiels­ weise Teil eines Steuerkreises, etwa eines Kreises für ein Antiblok­ kierbremssystem (ABS), bildet. Die Erfindung betrifft ferner ein einfa­ ches und ökonomisches Verfahren zur Herstellung eines derartigen La­ gers.

Insbesondere bei Sportmotorfahrzeugen oder sogenannten "Grand Touring" Fahrzeugen ist es bekannt, spezielle Steuerkreise vom ABS-Typ einzubauen, die den Zweck haben, das Blockieren der Räder des Fahrzeugs während des Bremsens zu verhindern. Diese Systeme umfassen in bekannter Weise einen hydraulisch wirkenden Teil, der über Ventile auf die Brems­ kreise einwirkt, und einen elektronischen Steuerteil, der in der Lage ist, auf den operativen Teil einzuwirken, wenn eine differenzielle Än­ derung der Drehgeschwindigkeit der Räder jeder Achse des Fahrzeugs grö­ ßer als ein vorbestimmter Schwellenwert festgestellt wird. Diese Ge­ schwindigkeitsänderungen werden über einen geeigneten Kreis unter Ver­ wendung eines elektromagnetischen Sensors festgestellt, wobei wenig­ stens einer für jedes Rad des Fahrzeugs vorgesehen ist, der ein Puls­ signal proportional zur Drehgeschwindigkeit des hiervon kontrollierten Rades abgibt. Dieses Pulssignal wird in der überwiegenden Zahl der Fäl­ le dadurch erhalten, daß gewöhnlich auf dem das Rad tragenden Lager ein gezahntes Element montiert wird, das als "klingendes" Rad oder "Im­ pulsring" bekannt ist. Dieses Element umfaßt im wesentlichen einen Flansch aus ferromagnetischem Material, der zur Drehung mit dem Rad montiert und mit einem gezahnten Ring versehen ist, mit dem der Sensor zusammenwirkt. Während der Drehung des Rades bewirkt daher der alter­ nierende Durchgang der festen Teile, d.h. der Zähne und der Zwischen­ räume zwischen den Zähnen an dem Sensor eine periodische Änderung des Luftspaltes zwischen dem Flansch und dem Sensor und somit zu einer pe­ riodischen Änderung des magnetischen Feldes, wodurch ein entsprechendes periodisch oszillierendes Signal einer Frequenz durch den Sensor er­ zeugt wird, die proportional zur Rotationsgeschwindigkeit des Rades ist.

Ein Nachteil dieses Detektorsystems besteht in der Sperrig­ keit des tönendes Rades, dessen Kosten deshalb hoch sind, weil dieses Rad wegen der Präzision, mit der es hergestellt werden muß, gänzlich durch Materialabtragung herzustellen ist. Die Notwendigkeit der Montage eines zusätzlichen Teils wie eines tönenden Rades kompliziert die Mon­ tage und die lnstandhaltung der gesamten mechanischen Anordnung der Fahrzeugaufhängung. Schließlich wird hierdurch das Gewicht der Aufhän­ gung und damit die Masse, die während der Bewegung des Fahrzeugs in Richtung Boden bewegt wird, mit einer folglichen Verringerung der An­ sprache der Aufhängung gegenüber Beanspruchungen vergrößert, wodurch auch eine, wenn auch nur geringe, Reduzierung der Straßenstandzeit her­ vorgerufen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lager für ein drehendes Teil, insbesondere für ein Fahrzeugrad, zu schaffen, das ohne ein tö­ nendes Rad auskommt, trotzdem die Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit des Rades selbst über einen Sensor ermöglicht und geeignet ist, das Rad zu tragen und es mit der Fahrzeugaufhängung zu verbinden.

Diese Aufgabe wird entsprechend Anspruch 1 gelöst.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das eine einfache und ökonomische Herstellung eines derarti­ gen Lagers ermöglicht.

Diese Aufgabe wird entsprechend Anspruch 5 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch ein Lager und in schematischer Weise seine beiden Herstellungsstufen.

Fig. 2 zeigt einen Teillängsschnitt des Lagers von Fig. 1.

Das dargestellte Traglager 1 für das Rad 2 eines nicht darge­ stellten Fahrzeugs oder ein anderes drehendes Teil umfaßt einen Außen­ ring 3, der mit einem radialen Außenflansch 4 versehen ist, der zum Rad 2 gerichtet ist, und einen Innenring 5, der vorzugsweise aus zwei Halb­ ringen 6 und 7 gebildet wird und drehfest in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise mit einer Konstantdrehzahlverbindung, wenn das Rad 2 ein angetriebenes Rad ist, oder mit einem einfachen Trägerstift, wenn das Rad 2 ein nicht angetriebenes Rad ist, verbunden werden kann. Zwi­ schen den Ringen 3 und 5 sind Dichtungsglieder 9 und 10 und Wälzkörper 8, beispielsweise Kugeln, angeordnet. Der Flansch 4 ist mit Durch­ trittsöffnungen 11 zur direkten Befestigung des Rades versehen, so daß der Außenring 3 gleichzeitig die Funktion einer Nabe erfüllt. Jedoch ist dieser Aufbau insoweit nur beispielhaft.

Das Lager 1 besitzt einen Ring, in diesem Fall der Außenring 3, der mit dem zu lagernden Teil drehbar montiert ist. Der Außenring 3 ist stirnseitig mit einer Ringnut 12 versehen, die wenigstens teilweise mit einer festen Substanz 13 gefüllt ist, die in der Ringnut 12 befe­ stigt und so geformt ist, daß im wesentlichen ein gezahnter Ring 14 (Fig. 1) gebildet wird. Die feste Substanz 13 füllt die Nut 12 stellen­ weise gänzlich derart, daß in dieser parallel zu der Bodenwandung 15 der Ringnut 12 und auf der gegenüberliegenden Seite von der Bodenwand 15 selbst eine Vielzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen gebildet wer­ den, die eine regelmäßige Folge von entsprechend geformten Zähnen 16 und entsprechenden Zwischenräumen 18 in alternierender Reihenfolge ent­ lang der Ringnut 12 bilden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die feste Sub­ stanz 13, aus der der gezahnte Ring 14 in der Ringnut 12 befestigt aus­ gebildet ist, aus einer verfestigten Paste gebildet, die eine Matrix aus einem polymerisierten synthetischen Plastikharz und einem homogenen Füllstoff umfaßt, der in der Matrix dispergiert ist und durch eine fer­ romagnetische Substanz in Pulver- oder Granulatform gebildet wird, bei­ spielsweise Eisenfeilstaub. Die ringförmige Nut 12 wird vorzugsweise stirnseitig an einem Ende des Außenrings 30 gegenüber demjenigen, auf dem das Rad 2 montiert und das mit dem Flansch 4 versehen ist, ausge­ bildet. Wenn die Abmessungen des Endes 20 nicht ausreichend sind, um eine genügende Menge an fester Substanz 13 für einen gezahnten Ring ausreichender Abmessungen aufzunehmen, um mit einem Sensor 21, im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel ein elektromagnetischer Sensor bekannten Typs, zusammenzuarbeiten, um die Drehgeschwindigkeit des Rings 3 und damit diejenige des Rades 2 feststellen zu können, kann das Ende 20 auf seiner Außenseite mit einem sich radial erstreckenden Flansch 22 ähn­ lich demjenigen des Flansches 4, jedoch kleiner, wie er gestrichelt in Fig. 2 dargestellt ist, versehen werden, in dem dann stirnseitig eine Nut 12 mit geeigneten Abmessungen ausgebildet wird. Im Betrieb wird das Lager 1 an einer Fahrzeugaufhängung und das Rad 2 an dem Lager 1 mon­ tiert. Gegenüber dem gezahnten Ring 14 ist der Sensor 21 angeordnet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ein einfacher Elektromagnet ist, der in nicht dargestellter Weise mit einem elektronischen Detek­ torschwingkreis verbunden ist. Während der Drehung des Rades 2 laufen die Zähne 16 und die Zwischenräume 18 aufeinanderfolgend an dem Sensor 21 vorbei und bewirken aufgrund der Anwesenheit des Eisenfeilstaubs oder einer anderen Substanz mit ähnlichen Eigenschaften in den Zähnen 16 eine periodische Änderung des magnetischen Flusses und erzeugen da­ her über den Sensor 21 ein periodisches Pulssignal mit einer Frequenz proportional zu der Anzahl der Zähne und Zwischenräume, die pro Zei­ teinheit vorbeilaufen oder, proportional zur Drehgeschwindigkeit des Rades 2. Dieses Signal kann beispielsweise in einem ABS-System durch Vergleichen hiervon mit Analogsignalen verwendet werden, die von ähnli­ chen Sensoren stammen, die mit anderen Lagern, identisch zum Lager 1, zusammenarbeiten und die anderen Räder des Fahrzeugs tragen, um den Be­ ginn von anormalen differenziellen Änderungen der Geschwindigkeit von diesen zu bestimmen und folglich beispielsweise geeignete Ventile im Bremskreis zu steuern.

Zur Herstellung des Lagers 1 wird in bekannter Weise die Ringnut 12 am Ende 20 des Außenrings 3 beispielsweise durch Entfernen von Material oder einfach direkt in der Herstellungsstufe für den Au­ ßenring 3 ausgebildet. Nachfolgend wird eine fluide Paste 13 mit hoher Viskosität hergestellt, die ein im wesentlichen pseudoplastisches Ver­ halten oder dergleichen aufweist und gegossen oder ausgeformt wird, vorzugsweise durch Spritzgießen, und zwar in die Ringnut 12 beispiels­ weise mittels einer Düse 13 (Fig. 1). Die Paste 13 kann hergestellt werden durch gleichmäßiges Dispergieren eines Füllstoffes, der durch eine ferromagnetische Substanz wie Magnetpulver, Eisenfeilpulver o. dgl. gebildet wird, in einer flüssigen Matrix, die durch ein Harz oder eine Mischung von teilweise polymerisierten Plastikharzen gebildet wird. Diese Mischung bildet die Paste 13, die durch Wärme und/oder den Zusatz von Polymerisierungssubstanzen wie Aktivatoren und/oder andere Monomere oder Polymere, die chemisch mit der Matrix reagieren können, das Härten bewirken, wenn die Paste 13 in die Ringnut 12 eingebracht ist, wodurch die Paste 13 beispielsweise durch die Wirkung eines drei­ dimensionalen Vernetzens fest wird. Bevor diese Verfestigung stattfin­ det oder beendet ist, wird die noch flüssige Paste, die in die Ringnut 12 durch die Düse 30 eingebracht wurde, mittels eines Formgebungswerk­ zeugs plastisch geformt, wobei das Bearbeitungswerkzeug ein mit Zähnen versehenes Ritzel 31 ist, das um seine Symmetrieachse gedreht und gleichzeitig mit konstanter Geschwindigkeit längs der Nut 12 bewegt wird, wobei seine Zähne 33 in die plastische Masse, die durch die Paste 13 gebildet wird, eingedrückt werden, so daß hierin Zwischenräume 18 und gleichzeitig entsprechende Zähne 16 zwischen jedem Paar von Zwi­ schenräumen 18 gebildet werden. Überschüssige Paste 13 wird aus der Ringnut 12 herausgedrückt und beispielsweise über einen nicht darge­ stellten Trichter gesammelt. Wenn die gesamte in der Ringnut 12 befind­ liche Paste 13 bearbeitet ist, läßt man sich die Paste 13 verfestigen, um durch die Härtung den gezahnten Ring 14 zu erhalten. Aufgrund der Herstellungsweise und aufgrund der oberflächlichen chemischen und phy­ sikalischen Bindungen, die sich zwischen dem Harz infolge Polymerisa­ tion und dem Material des Außenrings 3, gewöhnlich Stahl, ausbilden können, wird der gezahnte Ring 14 in dem Außenring 3 verankert. Diese Verankerung kann gewünschtenfalls verbessert werden, indem in der Ring­ nut 12 Aufrauhungen, Riefen, Zähne oder ähnliche Schultern, die nach­ folgend in der Paste 13 eingebettet werden, verbessert werden. Als Harz ist insbesondere ein Epoxyharz oder ein anderes bei Umgebungstemperatur wärmehärtbares Harz vom Zweikomponententyp geeignet.

Erfindungsgemäß wird das "tönende Rad" im Inneren des Außen­ rings vorgesehen, so daß sich eine beträchtliche Reduzierung in den Ab­ messungen und eine wesentliche Erleichterung bei der Montage ergibt. Des weiteren ergibt sich eine Gewichtsersparnis durch Eliminierung ei­ nes Metallteils, wobei außerdem eine Nut ausgebildet wird, die das Ge­ wicht des Außenrings 3 reduziert. Diese Reduzierung wird durch das Ge­ wicht der Paste 13 nicht kompensiert, zumal diese vorwiegend aus Pla­ stikmaterial mit niedriger Dichte im Vergleich zu Metall gebildet wird. Schließlich kann das Lager 1 in einfacher, schneller und ökonomischer Weise durch plastische Bearbeitung einer Paste mit nachfolgender Aus­ härtung hergestellt werden. Außerdem ermöglicht diese Anordnung eine Herstellung mit geringen Herstellungstoleranzen. Anstelle eines elek­ tromagnetischen Sensors läßt sich beispielsweise auch ein optischer Sensor verwenden, der ebenfalls Signale entsprechend dem Durchlauf von Spitzen und Tiefen, wie sie durch den gezahnten Ring 14 definiert wer­ den, erzeugt. In diesem Falle kann die Paste 13 ohne Füllstoff, insbe­ sondere ohne ferromagnetischen Füllstoff hergestellt werden und ledig­ lich aus einem einfachen, durch Wärme erweichten Wachs bestehen.

Claims (7)

1. Lager (1) für ein drehendes Teil, insbesondere ein Fahrzeu­ grad (2), dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (3) des Lagers (1), der mit dem sich drehenden Teil (2) verbindbar ist, außenseitig mit einer Ringnut (12) versehen ist, die wenigstens teilweise mit einer festen Substanz (13) gefüllt ist, wobei die feste Substanz (13) in der Ringnut (12) im wesentlichen in die Form eines gezahnten Rings (14) in der Wei­ se gebracht ist, daß parallel zu einer Bodenwandung (15) der Ringnut (12) und an gegenüberliegenden Seiten hiervon in der Ringnut (12) eine Vielzahl von Vorsprüngen (16) und Vertiefungen (18) in regelmäßiger Aufeinanderfolge ausgebildet sind.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Substanz (13) in der Ringnut (12) aus einer verfestigten Paste gebildet wird, die aus einer Matrix aus polymerisiertem synthetischem Plastik­ harz besteht, in der gleichmäßig ein Füllstoff einer ferromagnetischen Substanz, beispielsweise Eisenfeilstaub, dispergiert ist.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (12) stirnseitig an einem Ende (20) eines Außenrings des Lagers (3) gegenüber dem Ende, das mit dem rotierenden Teil (2) verbindbar ist, ausgebildet ist.

4. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (20) des Außenrings (3), das mit der Ringnut (12) versehen ist, ferner mit einem radialen Außenflansch (22) versehen ist, wobei die Ringnut (12) stirnseitig in dem Flansch (22) ausgebildet ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Traglagers (1) für ein sich drehendes Teil (2), wobei das Lager die Feststellung der Winkelge­ schwindigkeit des sich drehenden Teils (2) mit Hilfe eines Sensors (21), beispielsweise eines elektromagnetischen Sensors, ermöglicht, da­ durch gekennzeichnet, daß es folgende Stufen umfaßt:

• - Ausbilden einer äußeren Ringnut (12) auf einem Ring (3) des Lagers (1), der mit dem rotierenden Teil (2) drehfest verbindbar ist;
• - Einbringen einer flüssigen Substanz (30) in pastösem Zu­ stand in die Ringnut (12);
• - plastisches Bearbeiten der flüssigen Substanz in der Ring­ nut (12) derart, daß in der pastösen Substanz eine regelmäßige Aufein­ anderfolge von Vorsprüngen und Vertiefungen ausgebildet wird, und
• - Aushärtenlassen der pastösen Substanz (13) in der Nut (12) nach der Formgebung derart, daß ein im wesentlichen gezahnter Ring (14) in der Ringnut (12) ausgebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pastöse Substanz (13) eine Matrix aus einem synthetischen Polymerharz und einen Füllstoff umfaßt, der aus einer ferromagnetischen Substanz gebildet wird, die gleichmäßig in der Matrix dispergiert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das plastische Bearbeiten der pastösen Substanz (13) in der Ringnut (12) mit Hilfe eines Formgebungswerkzeugs (31) vorgenommen wird, das als gezahntes Ritzel ausgebildet ist, das um seine eigene Symmetrieach­ se gedreht und gleichzeitig entlang der Ringnut (12) frontal hierzu be­ wegt wird.