DE4207324A1 - Impulswaelzlager zum beruehrungsfreien erfassen von drehzahlen mit magnetischen mitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Impulswälzlager zum berührungsfreien Erfas­ sen von Drehzahlen mit magnetischen Mitteln, bestehend aus einem äußeren Laufring und einem inneren Laufring, zwischen denen auf Lauf­ bahnen Wälzkörper abrollen, wobei der äußere Laufring oder der innere Laufring in Umfangsrichtung jeweils in gleichen Abständen hinterein­ ander angeordnete Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaf­ ten aufweist, deren Rotation durch Sensoren in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Ein Impulswälzlager der genannten Gattung ist aus der deutschen Pa­ tentanmeldung P 41 21 724.1 bekannt. Dabei wird ein Impulsgeber da­ durch geschaffen, daß an einem Lagerring eines Wälzlagers hinterein­ ander Bereiche unterschiedlicher Permeabilität und/oder Remanenz durch eine Wärmebehandlung mit Gefügeumwandlung erzeugt werden. Nach einer Ausführungsvariante dieses bekannten Verfahrens zur Herstellung eines Impulsgebers wird der Lagerring aus einem austenitischen, unmagne­ tischen Stahl gefertigt, dessen Randschicht durch Aufkohlen, Kugel­ strahlen und/oder Tiefkühlen zunächst ganz in martensitisches, magne­ tisches Gefüge umgewandelt wird und daraus anschließend durch eine örtlich begrenzte Wärmebehandlung Bereiche austenitischen, nicht magnetischen Gefüges zurückgebildet werden.

Nach einer weiteren Ausführungsvariante wird der Lagerring aus einem austenitischen, unmagnetischen Stahl gefertigt, in welchem die in Abständen hintereinanderliegenden Bereiche, die unmagnetisch bleiben sollen, mittels Masken oder Schutzbeschichtungen zur Verhinderung des Durchtritts von Kohlenstoff oder Stickstoff abgedeckt werden und der Lagerring anschließend durch Aufkohlen der freibleibenden Flächen in den ferromagnetischen Zustand gebracht wird.

Der Nachteil besteht darin, daß die magnetische Markierung des als Impulsgeber wirkenden Lagerringes durch ein aufwendiges Wärmebehand­ lungsverfahren mit Gefügeumwandlung erzielt werden muß. So ist ins­ besondere die Abgrenzung der Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften durch eine exakt geführte, örtlich begrenzte Wärmebe­ handlung als sehr schwierig einzuschätzen, d. h. Meßfehler sind vor­ programmiert. Darüberhinaus entstehen durch die intensive Wärmebehand­ lung Eigenspannungen innerhalb des Lagers, die sich ebenfalls negativ auf die Meßgenauigkeit auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Impulswälzlager zu schaffen, bei dem die magnetischen Markierungen des Impulsgebers mit einfachen Mitteln wirtschaftlich und kostengünstig hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am äußeren Laufring oder inneren Laufring an einer radialen Umfangsfläche oder einer axialen Stirnfläche in gleichen Abständen hintereinander magnet­ feldabschirmende Stoffe angeordnet sind. Gehärtete Wälzlagerstähle bzw. vergütete Baustähle haben die Wirkung von schwachwirkenden Perma­ nentmagneten, da die nur bei höheren Temperaturen beständige parama­ gnetische Austenitphase sich bei Abkühlen ganz oder teilweise in ferromagnetische Phasen, wie Ferrit, Perlit, Bainit, Martensit und Karbide, umwandelt. Durch das gleichmäßige Anbringen von magnetfeld­ abschirmenden Stoffen auf einen Teil aus ferromagnetischem Material wird bei einer Drehbewegung des Wälzlagers von einem Sensor die sich periodisch ändernde magnetische Flußdichte erfaßt.

Der Vorteil dieser technischen Lösung besteht darin, daß mit Hilfe der magnetfeldabschirmenden Stoffe auf einfache Weise die ferromagneti­ schen Eigenschaften eines Bauteiles eines Wälzlagers in gleichmäßigen Abständen so verändert werden können, daß Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften entstehen. Insbesondere ist durch ein geometrisch genaues Anbringen der magnetfeldabschirmenden Stoffe eine exakte Abgrenzung zwischen den Bereichen unterschiedlicher magneti­ scher Eigenschaften möglich, so daß negative Einflüsse auf das Meß­ ergebnis auszuschließen sind.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sich einbaufertige ge­ wöhnliche Kugellager mit Hilfe der beschriebenen Lösung mit geringem Aufwand in ein Impulswälzlager ohne nennenswerte zusätzliche Massen nachrüsten lassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 2 werden als magnetfeldabschirmende Stoffe metallische Gläser auf Eisen- Kobalt-Nickel-Basis verwendet. Metallische Gläser sind amorphe Metal­ le, die in Band- oder Drahtform in einem Gießverfahren mit extrem hoher Abkühlgeschwindigkeit hergestellt werden, so daß keine Kristall­ orientierungen, sondern eine regellose Atomanordnung bewirkt wird. Neben den magnetfeldabschirmenden Eigenschaften weisen metallische Gläser auf Eisen-Kobalt-Nickel-Basis bemerkenswerte weichmagnetische Eigenschaften kombiniert mit außerordentlicher mechanischer Härte und einen im Vergleich zu den korrespondierenden kristallinen Legierungen höheren spezifischen elektrischen Widerstand auf. Zweckmäßigerweise werden die metallischen Gläser in Form von Folien oder Bändern einge­ setzt, aber auch Anwendungsfälle von Drähten sind denkbar.

Falls die Restmagnetfeldstärke der Laufringe zur Erzeugung einer impulsgebenden Imformation nicht ausreicht, wird sie durch ein ent­ sprechendes Magnetfeld aktiviert. Zweckmäßigerweise erfolgt dies nach Anspruch 3 der erfindungsgemäßen Lösung dadurch, daß die Schulter­ flächen oder die Stirnseiten der Laufringe deckungsgleich mit einer Magnetfolie versehen werden. Die Verwendung dieser Magnetfolie hebt die zur Verfügung stehende magnetische Feldstärke auf einen Maximal­ wert an und führt zu einem Ausgangssignal von beträchtlicher Stärke.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1A einen Querschnitt durch ein einreihiges Kugellager mit in axialer Richtung aufgeklebter Folie aus metallischem Glas;

Fig. 1B einen Querschnitt durch ein einreihiges Kugellager mit in radialer Richtung aufgeklebter Folie aus metalli­ schem Glas;

Fig. 2 einen Kreisring aus metallischem Glas mit rechteckigen Aussparungen;

Fig. 3 einen Streifen aus metallischem Glas mit rechteckigen Aussparungen;

Fig. 4 einen festen Sensor einem als beweglichen Impulsgeber wirkenden Laufring in einer ersten Stellung gegenüber­ stehend;

Fig. 5 den Sensor mit Laufring in einer zweiten Stellung.

Gemäß den Fig. 1A und 1B der erfindungsgemäßen Lösung entsprechen der äußere Laufring 1, der innere Laufring 2, die zugehörigen Laufbah­ nen 4 und 5 sowie dazwischengeführte Kugeln 3 völlig einem üblichen Kugellager.

Das in Fig. 1A dargestellte Lager zeigt die Anordnung einer magnet­ feldabschirmenden Folie in axialer Richtung. Ein Kreisring 10 aus metallischem Glas ist an einer der Stirnflächen 7 des äußeren Laufrin­ ges 1 deckungsgleich befestigt. Die Befestigung des Kreisringes 10 am Laufring 1 erfolgt vorteilhafterweise durch geeignete Kleber. Je nach Anwendungsfall kann der Kreisring 10 auch an einer der Stirnflächen 6 des inneren Laufringes 2 angebracht sein.

Der aus einer 0,01 bis 0,5 mm starken Folie aus metallischem Glas bestehende Kreisring 10 weist gemäß Fig. 2 in Umfangsrichtung gleich­ mäßig verteilte rechteckige Aussparungen 11 auf. Die Breite des Kreis­ ringes 10 entspricht dabei der Breite des jeweilig verwendeten Lauf­ ringes 1 oder 2.

Das in Fig. 1B dargestellte Lager zeigt die Befestigung eines ma­ gnetfeldabschirmenden Stoffes in radialer Richtung.

Der in Fig. 3 dargestellte Streifen 12 mit über seine gesamte Länge in gleichmäßigen Abständen angeordneten Aussparungen 11 ist an einer der Schulterflächen 9 des inneren Laufringes 2 befestigt, so daß diese in gleichmäßige Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Eigen­ schaften aufgeteilt ist. Auch hier ist je nach vorgegebenen Bedingun­ gen die Befestigung des Streifens 12 an einer der Schulterflächen 8 des äußeren Laufringes 1 möglich.

Reicht die vorhandene Restmagnetfeldstärke der Laufringe 1, 2 nicht aus, so kann in axialer Richtung zwischen den Stirnflächen 6 oder 7 und dem Kreisring 10 eine nicht dargestellte magnetische Folie zur Verstärkung der magnetischen Feldstärke angeordnet sein. Diese nicht dargestellte Folie kann auch in radialer Richtung zwischen den Schul­ tern 8 oder 9 der Laufringe 1, 2 und dem Streifen 12 aus metallischem Glas befestigt sein.

Nach Fig. 4 und 5 ist ein als Impulsgeber wirkender äußerer oder innerer Laufring 1, 2 über seinen gesamten Umfang gleichmäßig stark magnetisiert. Durch Anbringen eines Kreisringes 10 mit Aussparungen 11 aus metallischem Glas in axialer Richtung entstehen hintereinander angeordnete Bereiche 14, in die magnetische Feldlinien ungehindert ein- und austreten können und zwischen diesen liegende, magnetfeld­ abgeschirmte Bereiche 13.

Dem als Impulsgeber wirkenden Laufring 1 oder 2 ist gegenüber ein Magnet 16 und ein Sensor 15 zur Erfassung der sich ständig ändernden magnetischen Feldstärke angeordnet. Die Feldstärke hängt davon ab, ob dem Sensor 15 ein magnetfeldabgeschirmter Bereich 13 oder ein magneti­ sierter Bereich 14 gegenüberstehen. Durch den Dauermagneten 16 ent­ stehen magnetische Feldlinien 17, in deren Bereich zumindest teilweise die als Impulsgeber fungierenden Laufringe 1, 2 hineinragen.

Liegt dem Sensor 15 der stark magnetisierte Bereich 14 gegenüber, so steigt die magnetische Feldstärke an, wie aus Fig. 5 durch die größe­ re Anzahl der dargestellten Feldlinien 17 ersichtlich. In diesem Falle gibt der Sensor ein elektrisches Signal ab. Befindet sich gegenüber dem Sensor 15 durch Drehung des äußeren oder inneren Laufringes 1, 2 ein magnetfeldabgeschirmter Bereich 13, so verringert sich die magne­ tische Feldstärke, wie aus Fig. 5 durch die geringe Anzahl der darge­ stellten magnetischen Feldlinien 17 ersichtlich. Eine Signalabgabe durch den Sensor erfolgt hierbei nicht.

Die Drehung des als Impulsgeber wirkenden äußeren oder inneren Lauf­ ringes 1, 2 bewirkt ein wiederholtes Annähren von zwei Bereichen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften, so daß sich aufgrund der vom Sensor 15 abgegebenen Signale pro Zeiteinheit die Drehzahl eines Wälzlagers ermitteln läßt.

Bezugszeichen

 1 äußerer Laufring
 2 innerer Laufring
 3 Wälzkörper
 4 u. 5 Laufbahn
 6 u. 7 Stirnfläche
 8 u. 9 Schulterfläche
10 Kreisring
11 Aussparung
12 Streifen
13 magnetfeldabgeschirmter Bereich
14 Bereich starker Magnetisierung
15 Sensor
16 Magnet
17 Feldlinien

Claims (3)

1. Impulswälzlager zum berührungsfreien Erfassen von Drehzahlen mit magnetischen Mitteln, bestehend aus einem äußeren Laufring (1) und einem inneren Laufring (2) zwischen denen auf Laufbahnen (4, 5) Wälz­ körper (3) abrollen, wobei der äußere Laufring (1) oder der innere Laufring (2) in Umfangsrichtung jeweils in gleichen Abständen hinter­ einander angeordnete Bereiche unterschiedlicher magnetischer Eigen­ schaften aufweisen, deren Rotation durch Sensoren in elektrische Signale umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Laufring (1) oder inneren Laufring (2) an einer radialen Umfangsfläche (8, 9) oder einer axialen Stirnfläche (6, 7) in gleichen Abständen hintereinander magnetfeldabschirmende Stoffe (12, 10) angeordnet sind.

2. Impulswälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetfeldabschirmende Stoffe (12, 10) metallische Gläser auf Eisen- Kobalt-Nickel-Basis in Form von Folien, Bändern oder Drähten verwendet werden.

3. Impulswälzlager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Restmagnetfeldstärke der Laufringe (1, 2) in radialer Richtung an deren Schulterflächen (8, 9) oder in axialer Richtung an deren Stirnflächen (7, 6) eine magnetische Folie angeord­ net ist.