DE4239828A1

DE4239828A1 -

Info

Publication number: DE4239828A1
Application number: DE4239828A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Mark Adler; Kevin Jose Fontenot
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1993-06-03
Anticipated expiration: 2012-11-27
Also published as: US5381090A; US5200697B1; DE4239828C2; US5200697A; JPH05264562A; JP3387534B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehzahlsensor insbesondere zur Verwendung bei einem Kraftfahrzeug zum Ermitteln der Drehzahl eines mit der Fahrbahn in Eingriff kommen den Rades. Die Erfindung bezieht sich ferner auf derartige Sensoren, die die Möglich keit einer Temperaturmessung bieten.

In zahlreichen Fällen besteht das Bedürfnis, die relative Drehbewegung zwischen Ele menten einer Maschinen zu messen, beispielsweise werden Drehsensoren für Strahl triebwerk-Hauptwellen, Werkzeugmaschinenspindeln und dergleichen benutzt. Eine andere Anwendung für solche Sensoren ist der Einsatz bei Antiblockiersystemen (ABS), die derzeit bei Motorfahrzeugen in zunehmendem Maße populär werden. Solche Sy steme sind vorgesehen, um bei harten Bremsmanövern selbsttätig ein Blockieren der Räder zu verhindern, so daß die Fahrzeugstabilität und Richtungskontrolle aufrechter halten werden können. Ein kritischer Bestandteil eines Antiblockiersystems ist ein Rad drehzahlsensor, der ein Ausgangssignal an ein ABS-Steuergerät liefert, das mit der Dre hung des Rades verknüpft ist. Zahlreiche Personenkraftwagen sind mit einem solchen Sensor für jedes der vier Räder ausgestattet. Über die Eingangssignale von den Senso ren kann das Steuergerät des Bremssystems ermitteln, ob ein Rad blockiert hat oder ein Blockieren droht, so daß davon abhängig das Bremssystem gesteuert werden kann. Rad drehzahlsensoren werden auch benutzt, um Eingangssignale an Traktions-Regelsysteme zu geben, die während des Beschleunigens den Radspin oder Radschlupf reduzieren. Es sind zahlreiche Ausführungsformen von ABS-Raddrehzahlsensoren bekannt. Solche Sensoren bestehen in der Regel aus einem rotierenden Teil (Rotor), der dicht benach bart einem stationären Teil (Stator) liegt. Der rotierende Teil oder /Steuerring. hat Merkmale, die erfaßt werden können, wenn sie sich an dem stationären Teil vorbeibe wegen. Bei diesen Merkmalen handelt es sich typischerweise um ferromagnetische Zähne, beispielsweise auf einem Zahnrad, oder um Magnetpole, die auf das betreffende Teil aufgebracht sind. Der stationäre Teil weist einen Wandler auf, der den Vorbeilauf der betreffenden Merkmale des Steuerringes ermitteln kann, wenn sich der Steuerring dreht. Die Erfassung wird als ein elektrisches Signal angezeigt, das von dem Wandler abgegeben wird. Bei dem Wandler kann es sich um eine Vorrichtung mit variabler Re luktanz, um eine den Halleffekt ausnutzende Vorrichtung, um eine Feldplattenanord nung oder dergleichen handeln. Im allgemeinen stellt der Wandler eine Vorrichtung dar, die Magnetfelder oder Magnetfeldänderungen erfaßt. Mit variabler Reluktanz ar beitende Wandler werden als "passive" Sensoren bezeichnet, da sie eine Spannung er zeugen, ohne von einer externen Quelle mit Strom versorgt zu werden. "Aktive" Senso ren, beispielsweise Hall-Sensoren, werden mittels einer extern zugeführten Spannung versorgt und liefern ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von den durch das Hallelement hindurchtretenden Magnetfeldern.

Obwohl Sensoren, welche die oben erläuterten Technologien nutzen, mit Erfolg ausge führt und eingesetzt wurden, besteht nach wie vor das Bedürfnis, die Verläßlichkeit sol cher Sensoren zu steigern, die Ausgangsfeldstärke zu erhöhen, den Platzbedarf zu sen ken, die Produktion, Montage und Eichung zu vereinfachen und dabei zusätzlich die Kosten zu senken. Von besonderer Wichtigkeit ist der Schutz der Sensorelemente vor Schmutzstoffen und Umwelteinflüssen. Straßenschmutz, wie Staub, Salz, Schmutzstoffe und Wasser, kann einen störenden Einfluß auf einen nicht oder unzureichend geschütz ten Sensor haben. Außerdem sind solche Sensorsysteme Abrieb von Bremsflächen und erheblichen Temperaturextremwerten ausgesetzt. Der derzeitige Trend bei Raddreh zahlsensoren geht dahin, den Sensor in eine Radlageranordnung zu integrieren, so daß das System abgeglichen und getestet werden kann, bevor es an den Fahrzeughersteller geht. Eine solche integrierte Konfiguration vereinfacht außerdem den Zusammenbau am Montageband; sie sollte ferner die Verläßlichkeit steigern.

Im Rahmen der derzeitigen Konstruktion von Kraftfahrzeugen sind die Unterbringung auf engem Raum, leichtes Gewicht, einfache Montage und hohe Zuverlässigkeit von höchster Wichtigkeit. Diese Anforderungen werden durch die Lageranordnung und den Sensor gemäß den beiliegenden Ansprüchen auf wirkungsvolle Weise erfüllt.

Die Naben- und Lageranordnung nach der Erfindung führt zu einer kompakten, lei stungsfähigen Konstruktion, wobei viele Komponenten des Lagers in den Raddrehzahl sensor integriert sind, um für eine effiziente Baueinheit zu sorgen. Bei der Naben- und Lageranordnung nach der Erfindung wird ferner für den Drehzahlsensor eine abgedich tete Umgebung geschaffen, die eine störende Beeinflussung des Sensors durch Umwelt faktoren verhindert. Die effiziente Magnetausgestaltung der Anordnung nach der Erfin dung führt im Vergleich zu anderen Wandlern mit variabler Reluktanz zu einem elektri schen Ausgangssignal hohen Pegels selbst bei relativ niedrigen Raddrehzahlen. In Fahr zeugradnaben auftretende Temperaturen können bei Lagerschäden, verursacht durch Ausfall der Schmierung oder andere Bedingungen, die zu hoher Reibung führen, ex treme Werte annehmen. Übermäßige Temperaturen können auch durch das Bremssy stem verursacht werden, beispielsweise durch heftigen Einsatz der Fahrzeugbremsen bei Notbremsungen oder durch konstantes Aufbringen von Bremsdruck bei langen Gefäl lestrecken, was insbesondere für Schwerfahrzeuge gilt. Falls eine Anzeige für eine übermäßige Radnabentemperatur zur Verfügung steht, kann der Fahrer korrigierend eingreifen. Temperaturmeßsysteme sind zwar gleichfalls bekannt, sie erfordern jedoch in der Regel den Einsatz eines gesonderten Meßelements, beispielsweise eines Ther moelements oder Thermistors.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung der Wicklung eines Raddrehzahlsensor-Wandlers als temperaturempfindliches Element. Der elektrische Widerstand der Wicklung ändert sich als Funktion der Wicklungstemperatur. Durch Überwachen des Wicklungswiderstandes läßt sich die Temperatur bestimmen. Nachfol gend sind mehrere elektrische Schaltungsauslegungen erläutert, die eine solche Wider standsmessung gestatten.

Die Merkmale der Erfindung eignen sich nicht nur für Anwendungen bei Kraftfahrzeu gen, sondern auch innerhalb eines weiten Bereiches anderer Anwendungen, wo Relativ drehungen und/oder Temperaturen gemessen werden sollen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Naben- und Lageran ordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt der Naben- und Lageranordnung nach Fig. 1 im zusam menmontierten Zustand,

Fig. 3 eine Stirnansicht des ringförmigen Wandlergehäuses nach Fig. 2 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei insbesondere die von dem Wandlergehäuse gebildete versetzte Zahnanordnung zu erkennen ist,

Fig. 4 in größerem Maßstab eine Teilansicht der Fig. 3,

Fig. 5 eine aufgeschnittene perspektivische Teilansicht des in den Fig. 1 bis 4 ver anschaulichten ringförmigen Sensors, wobei insbesondere die gegeneinander versetzten Innen- und Außenzähne zu erkennen sind,

Fig. 6 eine aufgeschnittene perspektivische Teildarstellung eines Sensors entspre chend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Wand lerkörper vorgesehen ist, der radial miteinander ausgerichtete Innen- und Außenzähne aufweist,

Fig. 7 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Spannungsteilerschaltung zur Gewinnung einer von der Wicklungstemperatur abhängigen Ausgangsspan nung,

Fig. 8 ein Signaldiagramm für die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 7, wobei eine von der Fahrzeugraddrehzahl abhängige Wechselspannungskomponente und eine von dem Widerstand der Wandlerwicklung abhängige Gleichspannungskompo nente in Form einer Offset-Spannung oder Vorspannung zu erkennen sind,

Fig. 9 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Lösung mit Konstantstromquelle zum Bestimmen des Widerstandes der Wicklung in Abhängigkeit von der Wicklungstemperatur,

Fig. 10 ein vereinfachtes elektrisches Schaltbild einer Anordnung zum Verarbeiten ei nes Spannungssignals, das sowohl Wechselspannungs- als auch Gleichspan nungskomponenten enthält, zum Anliefern von gesonderten Ausgangssignalen, die von der relativen Drehbewegung und von dem Wicklungswiderstand ab hängen,

Fig. 11 einen Teilschnitt einer Naben- und Lageranordnung entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein ringförmiger Sensor mit radial nach außen gerichteten Zähnen vorgesehen ist, die einem zylindrischen Steuerring gegenüberstehen, und

Fig. 12 einen Teilschnitt einer Naben- und Lageranordnung entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit einem ringförmigen Sensor, der radial nach innen gerichtete Zähne aufweist, die einem zylindrischen Steuerring ge genüberstehen.

Eine allgemein mit 10 bezeichnete Naben- und Lageranordnung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die veranschaulichte Naben- und Lageranordnung eignet sich insbe sondere zur Verwendung bei einer nicht angetriebenen Achse eines Kraftfahrzeugs.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung können jedoch auch bei Naben- und Lager anordnungen für angetriebene Achsen benutzt werden.

Die Nabe 14 ist mit einem radial verlaufenden Flansch versehen, der eine Lagerfläche für ein (nicht dargestelltes) Kraftfahrzeugrad bildet. Die Nabe 14 ist ferner mit einer zy lindrischen Innenfläche 16 und zwei Wälzkörper-Laufbahnen 18 und 20 ausgestattet, wobei die Laufbahn 18 axial innen und die Laufbahn 20 axial außen liegt. Ein abgestuf ter Bohrungsteil 22 mit größerem Durchmesser dient der Aufnahme eines Sensors zum Erfassen der Drehbewegung des Rades.

Ein Lagerinnenring 26 befindet sich innerhalb der Nabe 14; er steht mit einer Gruppe von Wälzkörpern 28 in Eingriff und stellt einen Teil des axial innenliegenden Lagers dar. Der axial außen liegende Lagerinnenring ist in den Figuren nicht veranschaulicht. Er kann in konventioneller Weise ausgebildet sein und bildet eine Innenlaufbahn, die mit einer Gruppe von axial außenliegenden Wälzkörpern in Eingriff steht. Der Lagerin nenring 26 weist innen einen zylindrischen Durchlaß 30 auf, über welchen der Ring auf einem nicht rotierenden Zapfen 32 des Fahrzeuges montiert ist. Im Betrieb dreht sich ein auf der Nabe 14 sitzendes Fahrzeugrad, während der Lagerinnenring 26 mit Bezug auf den Zapfen 32 stillsteht. Ein wesentliches Merkmal der vorliegend beschriebenen Naben- und Lageranordnung ist das Vorhandensein eines Sensors 36 zum Erfassen der Drehbewegung des Rades. Wie zuvor erläutert wurde, liefert der Sensor 36 ein Aus gangssignal zum Steuern eines ABS- oder Traktion-Regelsystems für ein Fahrzeug. Der Sensor 36 weist einen Rotor und einen Stator in Form eines Steuerringes 38 bzw. eines ringförmigen Wandlers 40 auf. Der Wandler 36 ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Bei dem Steuerring 38 handelt es sich um einen scheibenförmigen Dauermagneten mit einer radialen Stirnfläche 44. Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Steuerring 38 von einem Steuerringhalter 46 getragen, der in die Nabenbohrung 22 mit Preßsitz eingreift. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann der Steuerring 38 auch unmittelbar in die Nabenbohrung 22 eingesetzt sein. Fig. 5 läßt erkennen, daß der Steuerring 38 Magnetpolbereiche bestimmt, die entlang Radien mit Bezug auf das Ro tationszentrum der Naben- und Lageranordnung ausgerichtet sind. Die Polarität des Steuerringes 38 alterniert in Umfangsrichtung der Stirnfläche 44. Die von den Polen er zeugten Magnetfelder verlaufen durch die radiale Stirnfläche 44 des Steuerringes hin durch. Zur Bildung des Steuerringes können unterschiedliche Werkstoffe verwendet werden. Geeignet ist unter anderem eine Fe-Cr-Co-Legierung.

Der ringförmige Wandler 40 weist ein Gehäuse 42 in Form einer einseitig offenen Um mantelung auf, wobei das Gehäuse mit einer radialen Seitenwand 50 und zwei zylindri schen Wänden, nämlich einer Innenwand 52 und einer Außenwand 54, versehen ist. Die Wände 52 und 54 liegen in gegenseitigem Abstand und begrenzen einen ringförmigen Hohlraum 56. Beide Wände 52 und 54 bestimmen eine Mehrzahl von vorspringenden Zähnen 58 bzw. 60, die entlang dem Umfang der betreffenden Wand verteilt sind. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, nimmt der Wandlerhohlraum 56 eine Wicklung 62 auf, die in ei nem Spulenkörper 64 untergebracht ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Zähne jeder der Wände 52 und 54 gleich der Anzahl der Bereiche des Steuerringes 38, die mit einer bestimmten magnetischen Polarität magnetisiert sind.

Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, sind die Zähne 58 und 60 radial derart ver setzt, daß die äußere Gruppe von Zähnen 60 Bereichen des Steuerringes 38 gegenüber steht, die den einen Magnetpol bilden, während die inneren Zähne 52 einem Bereich des Steuerringes 38 gegenüberstehen, die den entgegengesetzten Magnetpol bestimmen. Fig. 4 zeigt einen Radius, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Innenzähnen 58 hin durchreicht und einen äußeren Zahn 60 schneidet. Bei der in Fig. 5 dargestellten Aus richtung stehen die äußeren Zähne 60 magnetischen Nordpolen gegenüber, während die innenliegenden Zähne 58 mit magnetischen Südpolbereichen ausgerichtet sind. Wenn der Steuerring 38 in der durch den kreisbogenförmigen Pfeil angedeuteten Weise rotiert, stehen die Wandlerzähne 58 und 60 alternierenden Magnetpolen gegenüber. Dadurch wird in dem Gehäuse 42 ein magnetisches Wechselfeld induziert. In Fig. 5 stellen die entlang der Oberfläche des Wandlergehäuses 42 und des Steuerringes 38 verlaufenden Pfeile Magnetflußlinien für die veranschaulichte relative Ausrichtung zwischen dem Wandlergehäuse 42 und dem Steuerring 38 dar. Bei einer relativen Drehbewegung des Steuerringes 38 kehrt sich jedoch die Richtung des Flußfeldes um. Dieses, das ringför mige Wandlergehäuse 42 durchsetzende, seine Richtung ständig umkehrende Magnet flußfeld induziert in der Wicklung 62 eine elektromotorische Kraft (Spannung).

Die beschriebene und dargestellte Ausgestaltung des ringförmigen Wandlers 40 sorgt für ein besonders günstiges elektrisches Ausgangssignal, weil sowohl die innere als auch die äußere Gruppe von Zähnen 58 und 60 mit sämtlichen magnetisierten Bereichen des Steuerringes 58 magnetisch zusammenwirkt, wenn sich der Stator und der Rotor des Sensors gegeneinander drehen. Infolgedessen wirkt der überwiegende Anteil des von dem gesamten Steuerring 58 ausgehenden magnetischen Flusses an der Bildung einer elektromotorischen Kraft in der Wicklung 62 mit.

Der ringförmige Wandler 40 steht mit Bezug auf den Lagerinnenring 26 fest, vorzugs weise indem er mit Preßsitz mit Bezug auf eine äußere zylindrische Fläche des Lagerin nenringes 26 festgelegt ist, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Die Wälzkörper 28 und der Sensor 36 sind mittels einer Dichtung 68 geschützt. Die Dichtung 68 weist einen Halte ring 70 auf, der mit Preßsitz auf die Nabe 14 aufgesetzt ist und der eine elastische Lippe 72 trägt, die sich gegen das Wandlergehäuse 42 anlegt. Weil der Wandler 40 so ausge richtet ist, daß der offene Teil des Gehäuses 42 auf die Wälzkörper 28 zuweist, wirken die radiale Seitenfläche 50 und die Wände 52 und 54 zusammen, um die Wälzkörper abzudecken und zu schützen. Diese Konfiguration hat ferner den Vorteil, daß der Sen sor 36 für Servicezwecke oder einen Austausch leicht zugänglich ist.

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform eines Sensors gemäß der Erfindung, der insgesamt mit 80 bezeichnet ist. Der Sensor 80 weist einen Steuerring 82 auf, der entsprechend Fig. 6 Magnetpolbereiche bildet, die einander nicht nur, wie im Falle des Steuerringes 38, in Umfangsrichtung entlang der radialen Stirnfläche des Steuerringes abwechseln, sondern auch in Radialrichtung. Bei dieser Ausgestaltung sind die inneren und äußeren Wandlergehäusezähne 84 bzw. 86 des Gehäuses 88 entlang Radien mit Be zug auf die Drehachse der Naben- und Lageranordnung ausgerichtet. Bei einer solchen Ausrichtung liegen die gleichen magnetischen Bedingungen wie bei der ersten Ausfüh rungsform insofern vor, als die Zähne 86 der außenliegenden Gruppe Magnetpolen der einen Polarität ausgesetzt sind, während gleichzeitig die Zähne 84 der inneren Gruppe Magnetpolen der entgegengesetzten Polarität gegenüberstehen. Im übrigen arbeitet der Sensor 80 in gleicher Weise wie der Sensor 36.

Die Erfindung befaßt sich außer mit der neuartigen Naben- und Lageranordnung und der Sensorausbildung auch mit einer indirekten Messung der Temperatur der Naben- und Lageranordnung durch Messen der Temperatur der Wicklung 62. Auf die Tempera turerfassung kann es entscheidend ankommen, um wärmebedingte Ausfälle oder Stö rungen zu vermeiden, wie sie beispielsweise auf übermäßiges oder falsches Bremsen zu rückgehen können. Erfindungsgemäß erfolgt die Temperaturerfassung, ohne daß bei der Naben- und Lageranordnung 10 irgendwelche zusätzlichen Bauelemente notwendig werden. Vielmehr geschieht die Temperaturerfassung über eine Schaltungsanordnung, die es erlaubt, den Widerstand der Wicklung 62 genau zu messen. Der Gleichstromwi derstand eines elektrischen Leiters, beispielsweise aus Kupfer, steht in linearer (oder nichtlinearer) Verknüpfung mit der Temperatur, so daß der Widerstand des betreffen den Bauteils bei jeder vorgegebenen Temperatur unter Verwendung einer einfachen Formel errechnet werden kann.

Entsprechend dieser Formel wird einfach der Temperaturkoeffizient des Leiters mit dem Widerstand des Leiters bei der betreffenden Umgebungstemperatur multipliziert. Bei einer Temperaturänderung ändert sich dieser Widerstandswert. Um den Widerstand bei der Solltemperatur zu bestimmen, wird die Widerstandsdifferenz mit der Gesamt temperaturänderung multipliziert und zu dem Leiterwiderstand bei Umgebungstempe ratur (Raumtemperatur) addiert oder davon subtrahiert. Weil es auf diese Weise mög lich ist, die Widerstandswerte als Funktion der Temperatur der Wicklung 62 zu bestim men, kann eine Schaltungsanordnung angewendet werden, welche die ermittelten Werte zu nutzbaren Informationen verarbeitet. Bei typischen Wandlern mit variabler Reluk tanz, wie den zuvor erläuterten, ist ein Ende der Wicklung auf Masse gelegt. Im Falle ei ner solchen Konfiguration wird durch die Raddrehung ein Wechselspannungssignal er zeugt, das mit Bezug auf Massepotential (d. h. Null-Vorspannung) zentriert ist. Um die temperaturabhängigen Kennwerte der Wicklung zusammen mit der Rotationserfassung kombiniert zu nutzen, kann auf unterschiedliche Weise vorgegangen werden. Ein Aus führungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung 90 der Fig. 7. Bei der Schaltungsanord nung 90 handelt es sich ,im eine einfache Spannungsteilerschaltung. Der Spannungstei lerschaltung wird eine geregelte Spannung von einem Spannungsregler 92 zugeführt, der an die Fahrzeugbatterie 94 als Stromquelle angeschlossen ist. Die geregelte Ausgangs spannung wird an zwei in Reihe geschaltete Widerstände angelegt, wobei der Wider stand 96 als Bezugswiderstand dient, während die Wicklung 62 einen variablen Wider stand bildet, dessen Widerstandswert eine Funktion der Temperatur ist. Die Spannung an der Meßstelle 98 liefert ein Maß für den Widerstand der Wicklung 62. Wenn sich Stator und Rotor des Wandlers nicht gegeneinander drehen, entspricht die an der Meß stelle 98 auftretende Ausgangsspannung einem bestimmten Widerstand und damit einer bestimmten Temperatur der Wicklung 62. Während der Drehung des Steuerringes 38 mit Bezug auf den Wandler 40 tritt an der Meßstelle 98 ein Wechselspannungssignal mit einer Gleichvorspannung auf, die proportional dem Widerstand und damit der Tempe ratur der Wicklung 62 ist.

Fig. 8 zeigt den Verlauf für ein an der Stelle 98 gemessenes repräsentatives Signal, bei welchem der Gleichspannungs-Offset 102 den Temperaturmeßwert darstellt, während die Frequenz der Wechselspannungskomponente 104 eine Funktion der Drehzahl ist. Der betreffende Wert der Gleichvorspannung 102 hängt von den Kennwerten der Wicklung, wie der Länge des verwendeten Leitermaterials, dem Durchmesser des Leitermaterials und dem Werkstoff des Leitermaterials, ab; der betreffende Gleichspannungswert wird ferner von dem gewählten Wert der geregelten Spannungsquelle und den relativen Widerstandswerten des Bezugswiderstandes 96 und der Wicklung 62 bestimmt.

Das vorliegende Temperaturmeßprinzip ist bei einer Vielzahl von Werkstoffen für die Wicklung 62 anwendbar, die einen Temperatur-Widerstandskoeffizienten haben, unab hängig davon, ob dieser Koeffizient, wie im Falle von Metallen, einen negativen Wert hat, oder ob es sich um einen positiven Koeffizienten handelt, wie im Falle von ver schiedenen Halbleiterwerkstoffen. Es versteht sich, daß eine Eichtabelle oder -kurve für den Werkstoff und die Konfiguration zu erstellen ist, die für die Wicklung 62 gewählt sind.

Eine abgewandelte Schaltungsanordnung zur Durchführung einer Widerstandsmessung der Wicklung 62 ist in Fig. 9 dargestellt, wobei die Schaltungsanordnung insgesamt mit 110 bezeichnet ist. Bei dieser Schaltungsauslegung bilden ein Transistor 112 und ein Widerstand 114 eine Konstantstromquelle für den durch die Wicklung 62 fließenden Strom. In diesem Fall ändert sich die Spannung an einer Meßstelle 116 in Abhängigkeit von Änderungen des Widerstandes der Wicklung 62 entsprechend dem Ohm′schen Ge setz. Wenn sich der Widerstand der Wicklung 62 ändert, erfolgt auch eine Änderung der an der Wicklung anliegenden und an der Meßstelle 116 gemessenen Spannung. Wie im Falle der Schaltungsanordnung 90 tritt bei einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 38 und dem Wandler 40 an der Meßstelle 116 ein Wechselspannungssignal mit überlagerten Gleichspannungs-Vorspannung auf.

Es versteht sich, daß bei den Schaltungsanordnungen 90 und 110 die an der Meßstelle auftretende Spannung belastungsabhängig ist. Dies macht es notwendig, daß eine zur Messung und Auswertung des Meßsignals benutzte externe Schaltungsanordnung eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen muß. Ein Beispiel für eine solche, insgesamt mit 120 bezeichnete Schaltungsanordnung ist in Fig. 10 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 120 läßt sich in Verbindung mit jeder der erläuterten Lösungen zur Bereitstellung einer von der Raddrehzahl abhängigen Ausgangsspannung und des Widerstandes der Wick lung benutzen. Bei der Schaltungsanordnung 120 dient ein Operationsverstärker 122 als Eingangslast-Trennverstärker. Derzeit verfügbare Operationsverstärker zeichnen sich naturgemäß durch eine hohe Eingangsimpedanz aus. Der Operationsverstärker 122 weist eine Rückkopplungsschleife mit einem Spannungsteiler auf, zu dem Widerstände 124 und 126 gehören, die für eine Rückkopplungsspannung zur Verstärkungsregelung des Operationsverstärkers 122 sorgen. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 122 enthält sowohl eine von der Raddrehzahl abhängige Wechselspannungskomponente als auch eine von dem Widerstand der Wicklung 62 abhängige Gleichspannungskompo nente oder Offset-Spannung.

Die Schaltungsanordnung 120 weist zwei Filterkreise auf, die so ausgelegt sind, daß eine Rechteck-Ausgangsspannung, deren Frequenz eine Funktion der Raddrehzahl ist, und eine gesonderte Gleichspannung gewonnen werden, die eine Temperaturmessung er laubt. Die Schaltungsstufe zur Bildung einer Rechteck-Ausgangsspannung ist mit 128 bezeichnet. Die Schaltungsstufe 128 weist einen Operationsverstärker 130 auf, dem Ein gangssignale über Widerstände 132 und 134 zugeführt werden. Einer der Eingänge des Operationsverstärkers 130 liegt jedoch über einen Kondensator 136, der als Wechsel spannungsfilter wirkt, an Masse. Indem die Eingangssignale für den Operationsverstärker 130 auf diese Weise kombiniert werden, wird an dem Ausgang des Operationsverstärkers 130 ein rechteckwellenförmiges Ausgangssignal erhalten. Das Rechteck-Ausgangssignal läßt sich durch zweckentsprechende Signalverarbeitungs- und Steuer- oder Regelschaltungen als Teil eines ABS- oder Traktionsregelsystems nutzen.

Eine Schaltungsstufe 138 bildet einen Tiefpaß, der die Gleichspannungskomponente durchläßt. Dabei wird ein LC-Tankkreis über einen Widerstand 140 und eine Induktivi tät 142 mit dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers 122 beaufschlagt. Zu dem Tankkreis gehören ferner eine Induktivität 144, ein Widerstand 146 und Kondensatoren 148 und 150, deren eine Seite an Masse liegt. Die Schaltungsstufe 138 beseitigt die Wechselspannungskomponente aus dem Ausgangssignal und liefert eine stetige Gleich spannung, die proportional dem Wicklungswiderstand und folglich der Temperatur der Wicklung ist.

In den Fig. 11 und 12 sind weitere Ausführungsformen eines ringförmigen Sensors ent sprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Teilquerschnitt gemäß Fig. 11 läßt einen Sensor 160 erkennen, der in eine Naben- und Lageranordnung der in Fig. 2 veranschaulichten Art eingebaut ist. Infolgedessen sind entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Sensor 160 weist einen ringförmigen Wandler 162 und einen Steuerring 164 auf, die zwischen den Laufbahnen 18 und 20 angeordnet sind. Der Sensor 160 unterscheidet sich von der zuvor erläuterten Ausführungsform da durch, daß das Wandlergehäuse 166 gesonderte Reihen von Zähnen 168 und 170 bildet, die bezüglich der Drehachse der Nabe radial nach außen gerichtet sind. Die Ausfüh rungsform des ringförmigen Wandlers 162 wird vorzugsweise in eine Naben- und La geranordnung eingebaut, bei welcher die Nabe 14 mit Bezug auf den Lagerinnenring 26 rotiert. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen bildet das Wandlerge häuse 166 eine im Querschnitt einseitig offene Ummantelung, welche eine Wicklung 172 umschließt. Der Steuerring 164 hat dabei die Form eines zylindrischen Reifens, der ent sprechend den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen Magnetpolbereiche aufweist, die sich in Umfangsrichtung des Ringes abwechseln. Bei dieser Ausführungsform sind die Zähne 168 und 170 wie im Falle der ersten Ausführungsform versetzt, so daß immer eine Zahngruppe einem Magnetpol gegenübersteht, während die andere Zahngruppe dem entgegengesetzten Magnetpol gegenübersteht. Eine relative Drehbewegung der Bauteile bewirkt, daß ein das Gehäuse 166 durchsetzendes magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, wodurch in der Wicklung 172 eine elektromotorische Kraft induziert wird.

Fig. 12 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Sensors, der insgesamt mit 180 bezeich net ist. Der Sensor 180 ist weitgehend ähnlich dem Sensor 160, mit der Ausnahme, daß der ringförmige Wandler 182 ein Gehäuse 184 aufweist, das gesonderte Gruppen von Zähnen 186 und 188 bildet, die radial nach innen gerichtet sind. Wie bei den zuvor be schriebenen Ausführungsbeispielen bildet das Gehäuse 184 eine im Querschnitt einsei tig offene Ummantelung, welche eine Wicklung 190 aufnimmt. Bei dieser Ausführungs form ist der Steuerring 192 im wesentlichen identisch dem in Fig. 11 veranschaulichten Steuerring 164, mit der Ausnahme, daß er einen kleineren Durchmesser hat, der sich gegen den Lagerinnenring 26 anlegt.

Dadurch daß bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 11 und 12 die Sensoren 160 und 180 zwischen den Lagern sitzen, sind die Sensoren gegen Eingriffe im wesentlichen gesichert. Außerdem erlauben es diese Ausführungsformen, den Luftspalt zwischen den Steuerringen 164 und 192 und dem zugehörigen ringförmigen Wandler 162 beziehungs weise 182 besser zu beherrschen. Dadurch kann der Luftspalt kleiner ausgebildet werden. Dies hat zur Folge, daß die Sensoren höhere Ausgangssignale erzeugen können, ohne daß der Steuerring und der ringförmige Wandler einander physikalisch berühren.

Claims

1. Lageranordnung mit:
einer ersten Lager-Laufbahn (26),
einer zweiten Lager-Laufbahn (18),
einer Mehrzahl von zwischen den Lager-Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern (28), die eine gegenseitige Drehbewegung der Laufbahnen erlauben,
einem Steuerring (38, 82, 164, 192), der an einer seiner Flächen Bereiche von Magnetpolen mit entlang der Fläche abwechselnder Polarität aufweist und der mit Bezug auf die zweite Lager-Laufbahn fest angeordnet ist,
einem mit Bezug auf die erste Lager-Laufbahn fest angeordneten ringförmigen Wandler (40, 162, 182), der ein Gehäuse (42, 88, 166, 184) aus ferromagnetischem Werkstoff aufweist, das eine erste Gruppe von der Fläche des Steuerringes zuge wendeten Zähnen (58, 84, 168, 186) und eine zweite Gruppe von der Fläche des Steuerrings zugewendeten Zähnen (60, 86, 170, 188) bildet, wobei die Wandler zähne mit Bezug auf die Magnetpolbereiche des Steuerringes derart angeordnet sind, daß die erste Gruppe von Zähnen mit Bereichen des Steuerringes magnetisch gekoppelt ist, die einen Magnetpol bestimmen, während die zweite Gruppe von Zähnen mit Bereichen des Steuerringes magnetisch gekoppelt ist, die den entge gengesetzten Magnetpol bilden, und wobei die Wandlerzähne mit dem Steuerring derart gekoppelt sind, daß die der ersten und der zweiten Gruppe von Zähnen zu gewendeten Pole bei einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Wandler einander abwechseln, sowie
einer Wicklung (62, 172, 190), die in dem Wandler so untergebracht ist, daß ein alternierender Magnetfluß, der aufgrund der relativen Drehbewegung durch den Wandler hindurchtritt, in der Wicklung eine Wechselspannung induziert.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranord nung in einer Fahrzeugradgruppe untergebracht ist.

3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lager- Laufbahn (26) eine radial innen liegende Laufbahn ist, die mit einem nichtdrehba ren Zapfen (32) eines Fahrzeuges gekoppelt ist, und die zweite Lager-Laufbahn (18) eine mit dem Fahrzeugrad gekoppelte, radial außen liegende Lager-Laufbahn ist.

4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lager- Laufbahn eine zylindrische Innenfläche (22) bildet, welche den Steuerring auf nimmt.

5. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringflä che eine radiale Fläche (44) ist und die erste und zweite Gruppe von Zähnen in radial außen bzw. radial innen liegenden Reihen angeordnet sind.

6. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringpo le entlang von Radien mit Bezug auf die Drehachse der zweiten Lager-Laufbahn angeordnet sind und die Innen- und Außenzähne des Wandlers radial versetzt an geordnet sind, um mit Bereichen entgegengesetzter Magnetpole auf der Steuer ringfläche in Wirkungsverbindung zu kommen.

7. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringpo le so angeordnet sind, daß sie einander entlang Radien mit Bezug auf die Dreh achse der zweiten Lager-Laufbahn und in Umfangsrichtung entlang der Radialflä che des Steuerringes abwechseln, und daß die Innen- und Außenzähne des Wand lers entlang von Radien mit Bezug auf die Drehachse angeordnet sind.

8. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerge häuse eine geschlossene, radial verlaufende Seitenwand (50) bildet, die mit einer die Innenzähne bildenden inneren zylindrischen Wand (52) und einer die Außen zähne bildenden äußeren zylindrischen Wand (54) in Verbindung steht, wobei das Wandlergehäuse so ausgerichtet ist, daß die Wandlerzähne sich in Richtung auf die Wälzkörper erstrecken, und wobei der Steuerring (38) zwischen den Wälzkör pern (28) und dem Wandler (40) sitzt.

9. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung (68) an der zweiten Lager-Laufbahn befestigt ist und eine Dichtlippe (72) aufweist, die mit dem Wandler (40) in Dichteingriff steht.

10. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringflä che eine zylindrische Fläche ist und die erste und zweite Gruppe von Zähnen (168, 170) radial nach außen auf den Steuerring (164) zugerichtet sind.

11. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringflä che eine zylindrische Fläche ist und die ersten und zweiten Gruppen von Zähnen (186, 188) radial nach innen in Richtung auf den Steuerring (192) gerichtet sind.

12. Lageranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Wälzkörper und den Steuerring umschließende Dichtung, die eine Dichtlippe aufweist.

13. Kraftfahrzeuglageranordnung mit:
einer inneren Lager-Laufbahn (26), die mit Bezug auf ein Fahrzeugaufhängungs teil (32) feststeht,
einer äußeren Lager-Laufbahn (18), die zusammen mit einem Fahrzeugrad dreh bar ist,
einer Mehrzahl von zwischen den Lager-Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern (28), die eine relative Drehbewegung zwischen den Lager-Laufbahnen zulassen,
einem Steuerring (38, 82), der mit einer der Lager-Laufbahnen fest verbunden und zwischen den Lager-Laufbahnen angeordnet ist und der die Form einer flachen Scheibe hat, die eine radiale Stirnfläche (50) bildet, welche sich zwischen den La ger-Laufbahnen erstreckt und Bereiche von Magnetpolen aufweist, deren Polarität entlang der radialen Stirnfläche abwechselt,
einem an der anderen Lager-Laufbahn fest angebrachten ringförmigen Wandler (40), der in einem Ringraum zwischen den Lager-Laufbahnen angeordnet ist, wo bei der Steuerring zwischen den Wälzkörpern und dem Wandler sitzt, wobei der Wandler ein hohles Gehäuse (42, 88) mit einer geschlossenen radialen Seite (50),
einer damit verbundenen zylindrischen Innenwand (52), die eine Gruppe von dem Steuerring gegenüberstehenden Innenzähnen (58, 84) bildet, und einer damit ver bundenen zylindrischen Außenwand (54) aufweist, die eine Gruppe von dem Steuerring gegenüberstehenden Außenzähnen (60, 86) bildet, wobei die Wandler zähne mit Bezug auf die Magnetpolbereiche des Steuerringes derart angeordnet sind, daß die Innenzähne mit Bereichen des Steuerringes magnetisch gekoppelt sind, die einen Magnetpol bestimmen, während die Außenzähne mit Bereichen des Steuerringes magnetisch gekoppelt sind, die den entgegengesetzten Magnetpol bil den, und wobei die Wandlerzähne mit dem Steuerring derart gekoppelt sind, daß die den Innen- und Außenzähnen zugewendeten Pole bei einer relativen Drehbe wegung zwischen dem Steuerring und dem Wandler einander abwechseln, sowie
einer Wicklung (62), die in dem Wandler so untergebracht ist, daß ein alternieren der Magnetfluß, der aufgrund der relativen Drehbewegung durch den Wandler hindurchtritt, in der Wicklung eine Wechselspannung induziert.

14. Fahrzeuglageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der äußeren Lager-Laufbahn (26) eine Dichtung (68) mit einer Dichtlippe (72) ange bracht ist, die mit der zylindrischen Außenwand (54) des Wandlers in Dichteingriff steht.

15. Fahrzeuglageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringpole entlang von Radien mit Bezug auf die Drehachse der zweiten La ger-Laufbahn angeordnet sind und die Innen- und Außenzähne des Wandlers ra dial versetzt angeordnet sind, uni mit Bereichen entgegengesetzter Magnetpole auf der Steuerringfläche in Wirkungsverbindung zu kommen.

16. Fahrzeuglageranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerringpole so angeordnet sind, daß sie einander entlang Radien mit Bezug auf die Drehachse der zweiten Lager-Laufbahn und in Umfangsrichtung entlang der Radialfläche des Steuerringes abwechseln, und daß die Innen- und Außenzähne des Wandlers entlang von Radien mit Bezug auf die Drehachse angeordnet sind.

17. Fahrzeuglageranordnung mit:
einer inneren Lager-Laufbahn (26), die mit Bezug auf ein Aufhängungsteil des Fahrzeuges feststeht,
einer äußeren Lager-Laufbahn (18), die zusammen mit einem Fahrzeugrad dreh bar ist,
einer Mehrzahl von zwischen den Lager-Laufbahnen angeordneten Wälzkörpern (28), die eine gegenseitige Drehbewegung der Laufbahnen erlauben,
einem mit einer der Laufbahnen fest verbundenen Steuerring (164, 192), der zwi schen den Laufbahnen angeordnet ist und die Form eines Zylinders hat, der eine zylindrische Fläche mit Bereichen von Magnetpolen bildet, deren Polarität entlang der Fläche abwechselt,
einem an der anderen Lager-Laufbahn angebrachten ringförmigen Wandler (162, 182), der in einem zwischen den Lager-Laufbahnen gebildeten Ringraum unterge bracht ist und dem Steuerring unter Bildung eines Radialspaltes zwischen Wandler und Steuerring gegenübersteht, wobei der Wandler ein hohles Gehäuse (166, 184) mit einer zylindrischen Wand und einer ersten und einer zweiten Radialwand auf weist, die eine erste bzw. eine zweite Gruppe von dem Steuerring gegenüberste henden Zähnen (168, 170, 186, 188) bilden, wobei die Wandlerzähne mit Bezug auf die Magnetpolbereiche des Steuerringes derart angeordnet sind, daß die Zähne der ersten Gruppe mit Bereichen des Steuerringes magnetisch gekoppelt sind, die einen Magnetpol bestimmen, während die Zähne der zweiten Gruppe mit Bereichen des Steuerringes magnetisch gekoppelt sind, die den entgegengesetzten Magnetpol bilden, und wobei die Wandlerzähne mit dem Steuerring derart gekop pelt sind, daß die den ersten und zweiten Zähnen zugewendeten Pole bei einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Wandler einander ab wechseln, und
einer Wicklung (172, 190), die in dein Wandler so untergebracht ist, daß ein alter nierender Magnetfluß, der aufgrund der relativen Drehbewegung den Wandler durchsetzt, in der Wicklung eine Wechselspannung induziert.

18. Fahrzeuglageranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Laufbahnen eine Dichtung befestigt ist, die eine Dichtlippe aufweist, die mit der zylindrischen Außenwand des Wandlers in Dichteingriff steht.

19. Fahrzeuglageranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (168, 170) der ersten und der zweiten Zahngruppe radial nach außen ge richtet sind.

20. Fahrzeuglageranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (186, 188) der ersten und der zweiten Zahngruppe radial nach innen gerich tet sind.

21. Sensor mit einer Wicklung (62, 172, 190) aus einem elektrischen Leiter und einer Wicklungstemperatur-Meßvorrichtung zum Anliefern eines Ausgangssignals, das eine Funktion des Widerstandes der Wicklung ist, wenn sich der Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur der Wicklung ändert.

22. Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen an der Wicklung auftretenden Spannungsabfall mißt.

23. Sensor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen Widerstand (96) aufweist, der mit der Wicklung (62) in Reihe liegt und zusammen mit der Wicklung einen Spannungsteiler bildet, der eine zwischen dem Widerstand und der Wicklung befindliche Meßstelle (98) aufweist.

24. Sensor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Konstantstromquelle aufweist, die einen durch die Wicklung (62) hindurchfließen den Strom liefert, so daß der an der Wicklung auftretende Spannungsabfall eine Funktion des Widerstandes der Wicklung ist.

25. Drehsensor mit:
einem Rotorelement,
einem Statorelement,
einer Anordnung zum Drehen des Rotorelements gegenüber dem Statorelement,
wobei der Stator eine Wicklung aus einem elektrischen Leiter aufweist, und durch Zusammenwirken des Rotorelements und des Statorelements in der Wicklung ei ne Spannung induziert wird, die eine Wechselspannungskomponente aufweist, die eine Funktion der Geschwindigkeit der relativen Drehbewegung zwischen dem Rotorelement und dem Statorelement ist, und
einer Wicklungstemperatur-Meßvorrichtung zum Anliefern eines Ausgangssignals, das eine Funktion des Widerstandes der Wicklung ist, wenn sich der Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur der Wicklung ändert.

26. Drehsensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Anordnung zum Messen eines Spannungsabfalls an der Wicklung aufweist.

27. Drehsensor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen mit der Wicklung in Reihe liegenden Widerstand aufweist, der zusammen mit der Wicklung einen Spannungsteiler mit einer Meßstelle bildet, die zwischen dem Widerstand und der Wicklung liegt.

28. Drehsensor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung eine Konstantstromquelle aufweist, die einen Strom über die Wicklung fließen läßt, so daß der an der Wicklung auftretende Spannungsabfall eine Funktion des Widerstandes der Wicklung ist.

29. Drehsensor nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungs schaltung mit:
einer Trennstufe (122), die einen Eingang zum Erfassen der an der Wicklung an liegenden Spannung aufweist, die eine Wechselspannungskomponente, deren Fre quenz eine Funktion der Geschwindigkeit der relativen Drehbewegung zwischen dem Stator und dem Rotor ist, und eine Gleichspannungskomponente umfaßt, die eine Funktion des Widerstandes der Wicklung ist,
einem Wechselspannungsfilter (128) zum Unterdrücken der Gleichspannungs komponente und zur Anlieferung der Wechselspannungskomponente, und
einem Gleichspannungsfilter (138) zum Unterdrücken der Wechselspannungs komponente und zum Anliefern der Gleichspannungskomponente.