DE69212953T2

DE69212953T2 - Fahrzeugradgeschwindigkeitsaufnehmer

Info

Publication number: DE69212953T2
Application number: DE69212953T
Authority: DE
Inventors: Laverne Andrew Caron; James Michael Kendzior
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1992-10-31
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2012-11-01
Also published as: MX9206415A; AU2832892A; AU661636B2; BR9204427A; CA2082095A1; JPH07191049A; KR100214364B1; US5281911A; KR930010553A; EP0542064B1; CA2082095C; DE69212953D1; EP0542064A1

Description

Gegenstand der Erfindung sind allgemein Sensoranordnungen für die Drehzahl eines Lastkraftwagenrades und speziell eine Sensoranordnung, deren Betriebsluftspalt einfach einstellbar ist und deren mit der Achse verbundener Stator für einen einfachen Service oder Ersatz eingerichtet ist.

Hintergrund der Erfindung

Dem Stand der Technik gemäße Raddrehzahlsensoren für Kraftfahrzeuge unterteilen sich allgemein in zwei große Klassen, die entweder aktive oder passive Sensoren enthalten. Aktive Sensoren erfordern ein einer Sensorkomponente zuzuführendes Leistungssignal, wohingegen passive Sensoren keine Fremdenergie benötigen und üblicherweise aus einer Spule bestehen, die ein magnetisches Material umgibt, das in enger Nachbarschaft zu einem kreisförmig geformten Element mit mehreren Zähnen angeordnet ist, das mit der Radnabe umläuft. Die Spule und der Magnet sind an einem unbeweglichen Teil des Fahrzeuges oder der Achsanordnung befestigt und die Relativbewegung der Zähne induziert, wenn der Rotor an magnetisierten Polstücken entlang läuft, eine Redundanzänderung, die von einer mit der Spule verbundenen Elektronikeinheit erfaßt werden kann. Eine Einrichtung dieser Bauart ist in der US-Patent-Nr. 4986605 beschrieben, bei der ein Pulsgeber und Sensor in der Radnabe angeordnet sind, die an der Achswelle in enger Nachbarschaft zu einem Rotor angeordnet ist, der mit der Radnabe verbunden ist und eine Reihe rechteckiger Zähne aufweist.
Eine andere Bauart eines passiven Raddrehzahlsensors ist in dem US-Patent-Nr. 3887046 beschrieben, das einen Sensor mit einem Stator und einem Rotor beschreibt, wobei der Stator an einer Achse befestigt ist und eine aus Draht bestehende und die Achse umgebende Spule enthält, wobei die Spule in einem Metallträger mit Polstücken und mehreren Magneten angeordnet ist, die winkelmäßig angeordnet sind, wobei die Polstücke in enger Nachbarschaft zu einem mehrere Segmente aufweisenden Rotor angeordnet sind, der an der Nabenkappe befestigt ist, die mit der Radnabe dreht.
Außerdem ist aus dem US-Patent-Nr. 3887046 ein passiver Raddrehzahlsenor bekannt. Eine Achswelle trägt ein Radlager, das seinerseits eine Radnabe lagert. Mittels Bolzen ist an der Radnabe eine Nabenkappe befestigt. Die Nabenkappe umschließt einen Raddrehzahlsensor, der innerhalb eines von der Nabenkappe definierten Aufnahmeraumes angeordnet ist. Der Raddrehzahlsensor weist einen Stator, der an einer auf das Ende der Achse aufgeschraubten Mutter befestigt ist, und ein mit der Nabenkappe verbundenes Rotormittel auf. Das Rotormittel ist ein geschlossener Ring mit sich axial erstreckenden Zähnen an seiner Innenseite, die nach innen ragen. Der Stator enthält einen Befestigungsring, der zwei voneinander beabstandete Polstücke trägt. An dem Befestigungsring ist zwischen den beiden Polstücken eine Spule angeordnet, die mit einem Kabel verbunden ist, das durch eine Bohrung in der Mitte der Achse führt. Die Polstücke sind an ihrer Außenseite mit Zähnen versehen. An dem Befestigungsring sind Magnete befestigt, um ohne Erregung der Spule einen magnetischen Fluß zu erzeugen. Die Zähne des Rotors und der Polstücke definieren einen Luftspalt, der so groß ist, daß jede Berührung der Zähne verhindert wird.
Das Problem von Raddrehzahlsensoren dieser Bauart liegt darin, daß sie eine prazise Herstellung der Komponenten erfordern, so daß der beschränkte Spalt der Polstücke zu dem Rotor beim Zusammenbau, bei der Drehung der Radnabe und der Nabenkappenanordnung beibehalten wird, so daß das aus der Relativbewegung der Rotorzähne gegen die Polstücke folgende Signal maximiert wird.
Außerdem liegt ein weiteres Problem bei Einrichtungen dieser Bauart darin, daß das Befestigungsmittel des Statorteils durch die Achsbefestigungseinrichtung gesichert und auf der Außenseite der Achswelle geführt ist, was ein großes und kompliziertes Befestigungssystem für die Statorplatte ergibt. Wenn ein Service des Stators erforderlich ist, erfordern die Systeme nach dem Stand der Technik, daß die Wellenbefestigungsschraube bewegt wird, was den Servicevorgang verkompliziert. Ein anderes Problem tritt beim Wiederzusammenbau auf, bei welchem es schwierig ist, den Spalt zwischen dem Rotor und den Statorpolstücken einzustellen, und aus dieser Schwierigkeit kann sich ein schlechtes Sensorverhalten ergeben.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung schafft ein bequemes Verfahren, den Arbeitsspalt zwischen den Statorzähnen und den Zähnen des Rotors einzustellen, wobei die Statoranordnung eine Freiraum- oder Abstandsplatte mit einem Außendurchmesser enthält, der ungefähr der gleiche ist wie der des Stators. Beim Zusammenbau wird die Nabenkappe gelöst und es wird dem Rotor gestattet, die Freiraum- oder Abstandsplatte infolge der Schwerkraft zu berühren, die auf die Nabenkappe wirkt, während die Achse durch ein gesondertes Mittel (wie bspw. einen Fahrzeugwagenheber) anstelle durch die Fahrzeugrad- und Reifenanordnung gestützt ist. Danach werden die Radnabenbolzen festgezogen und das Fahrzeug wird auf die Reifen und Räder abgesenkt, was eine Belastung der Radnabenlager ergibt, wodurch der gewünschte Betriebsluftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor erhalten wird.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Raddrehzahlsensor für Lastkraftwagen zu schaffen, dessen Betriebsluftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator einfach eingestellt und gesichert werden kann.
Ein anderer Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Raddrehzahlsensoranordnung für Lastkraftwagen zu schaffen, die einfach entfernt und mit dem richtigen Betriebsluftspalt zwischen dem Stator und dem Rotor wieder an der Fahrzeugachse angebaut werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der vorliegenden Erfindung, die an einer LKW-Achse und einer Radnabenanordnung verwirklicht ist.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Raddrehzahlsensoranordnung sowie der Achsmutter und der Nabenkappe.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In Fig. 1, auf die hiermit verwiesen wird, ist der typische Aufbau einer Rad- und Nabenanordnung eines LKW's als an einer Achse 10 montiert dargestellt, wobei die Radnabe 18 um die Achse 10 mittels eines Lagerelements 14 rotiert, wobei der erfindungsgemäße Raddrehzahlsensor von der Achse 10 und einer Nabenkappe 22 getragen ist, die mittels mehrerer Befestigungsbolzen 24 an der Radnabe 18 gesichert ist. Das Lagerelement 14 wird durch eine Achsmutter 16 am Platz gehalten und vorgespannt, die durch einen Sperring 17 am Platz gesichert ist. Die LKW-Achse 10 enthält eine Achsbohrung 12, die entlang der Mittellinie verläuft und in einem mit Innengewinde versehenen Bereich 20 endet, um einen Gewindebolzen aufzunehmen, der mittels eines "O"-Ringes 23 abgedichtet ist. Die Nabenkappenabdeckung 26 ist mittels mehrerer Befestigungsbolzen 28 an der Nabenkappe 22 gesichert. Die Funktion der Nabenkappenabdeckung 26 liegt darin, zu verhindern, daß Verschmutzungen zu dem Drehzahlsensor und den Lagerkomponenten vordringen.
Der erfindungsgemäße Drehzahlsensor weist mehrere Komponenten auf, die innerhalb des von der Nabenkappe 22, den Nabenkappenabdeckungen 26 und der Radnabe 18 gebildeten Innenraumes angeordnet sind. Der Rotor 30 ist aus einem magnetisch leitfähigen Material ausgebildet, und weist eine dünne zylindrische Form auf, die sich entlang des Innendurchmessers der Nabenkappe 22 erstreckt, und er ist durch einen geschlitzten Bereich 34 gesichert und an umgekehrter Umdrehung gehindert, der mit einem erhabenen Vorsprung der Radnabenkappe 22 in Eingriff steht. Der Rotor 30 weist mehrere Zähne 32 auf, die untereinander in ihren Abmessungen übereinstimmen und sich entlang einer Achse erstrecken, die parallel zu der Mittellinie der Achse 10 ist, und sie schaffen einen magnetischen Flußweg, der durch die Ausnehmungen zwischen den Zähnen 32 unterteilt ist. Der Rotor 30 ist aus einem Material aufgebaut, das den magnetischen Fluß gut leitet, wie bspw. der Stahl SAE 1010 oder ein Metallpulvermaterial, das einen hohen Eisenanteil enthält.
Die Statorseite 36 ist an der Achse 10 mittels eines Bolzens 52, der mit dem Gewinde der Achse 10 in dem mit Innengewinde versehenen Bereich 20 im Eingriff steht, gesichert und von diesem geführt, wobei eine Sicherungsmutter 50 auf das Ende des Sicherungsbolzens 52 geschraubt ist und die Statorplatte 36 der Achse 10 sichert. Mit der Statorscheibe 36 sind andere Komponenten verbunden, die eine elektrische Spule 38 beinhalten, die viele Windungen eines elektrischen Leitungsdrahtes enthält, die die Mittellinie der Achse 10 umgeben und auf den äußeren Abschnitt eines an der Statorplatte 36 befestigten Wickelkörpers 47 gewickelt sind. Die Ausgangsleitungen 39 der elektrischen Spule 38 sind zu elektrischen Anschlüssen 41 geführt, die mit zwei Anschlußschrauben 48 in Kontakt stehen, die elektrisch mit zwei Anschlußleitungen 43 verbunden sind, die durch den Bolzen 52 in die Axialbohrung der Achse 10 geführt sind. Die Anschlußleitungen 43 sind zu einer gemeinsam benutzten Signalkonditionierungsschaltung geführt, deren Ausgangssignal zu einem beliebigen System des LKWs geführt sind, wie bspw. einem Antiblockiersystem (Bremse) oder einer elektronischen Steuereinheit zur Traktionskontrolle. Außerdem enthält die Statorscheibe 36 eine Anzahl Magnete 56, die so geformt sind, daß sie in eine entsprechende Anzahl von Ausnehmungen passen, die der Spulenkörper 47 enthält, wie deutlicher aus Fig. 2 hervorgeht. Die Magnete 56 sind so angeordnet, daß die Nordpole in Bezug auf die Statorscheibe 36 in dieselbe Richtung weisen, und sie sind in die von dem Spulenkörper 47 gebildeten Aufnahmeräume 49 eingesetzt. Der Wickelkörper 47 kann aus einem naturgemäß unmagnetischen Kunststoff ausgebildet sein und ein Paar Metalleinsätze 51 tragen, die mit Innengewinde versehene Löcher zur Aufnahme der Anschlußschrauben 48 aufweisen.
An der Außenseite des Wickelkörpers 47 ist eine Abstandsplatte 46 vorgesehen, die mittels mehrerer Niete 54 an dem Spulenkörper 47 gesichert ist, die an einer Seite des Wickelkörperteils 46 gesichert sind, durch den Wickelkörper 47 führen und an der gegenüberliegenden Seite der Statorscheibe 36 gesichert sind. Die Abstandsplatte 46 weist einen Außendurchmesser auf, der ungefähr mit dem der Statorscheibe 36 übereinstimmt, der seinerseits etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Rotors 30.
Die Statorscheibe 36 enthält mehrere Statorzähne 37, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind und einheitliche Abmessungen aufweisen, wobei ihre Zahl vorzugsweise mit der Zähnezahl an der Außenkante des Rotors 30 übereinstimmt. Die Statorscheibe 36 ist an dem Ende der Achse 10 mittels einer Sicherungsmutter 50 gesichert, die auf den Bolzen 52 aufgeschraubt und an dem Außendurchmesser des Endbereichs der Achsspindel 10 geführt ist, wo sich eine Feder 31 von der Statorscheibe 36 in eine Federnut der Achse 10 erstreckt, um eine Relativumdrehung der Statorscheibe 36 und der Achse 10 zu verhindern.
In Betrieb läuft der Rotor 30 mit dem LKW-Rad um, das an der Radnabe 18 montiert ist. Die Statorscheibe 36 ist in Bezug auf die Achse 10 stationär und somit ist eine Relativbewegung zwischen Rotor 30 und der Statorscheibe 36 vorhanden, bei der die Rotorzähne 32 an den Statorzähnen 37 vorbeilaufen und dadurch den magnetischen Widerstand von einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert hin ändern, wenn die Rotorzähne 32 und die Statorzähne 37 miteinander fluchten. Durch die Magnete 56 wird ein magnetisches Feld erzeugt, das durch eine magnetische Flußlinie 57 veranschaulicht ist. Eine Veränderung des magnetischen Widerstandes verursacht, daß in der elektrischen Statorspule 38 eine Spannung induziert wird, wobei diese Spannung über die Ausgangsleitungen 39, die elektrischen Anschlüsse 41 und die Anschlußleitungen 43 zu einer elektronischen Einheit geführt wird. Die Frequenz der induzierten Spannung erhöht sich mit der Drehzahl des LKW-Rades proportional, was eine Berechnung der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht.
Der magnetische Widerstand ist minimal, wenn die Rotorzähne 32 mit den Statorzähnen 37 übereinstimmen oder fluchten, und er ist maximal, wenn die Rotorzähne 32 mit den Spalten zwischen den Statorzähnen 37 fluchten. Es werden konventionelle Techniken zur Signalkonditionierung und -messung verwendet, um das in der elektrischen Spule 38 erzeugte Signal zu interpretieren.
Beim Erstzusammenbau oder beim Wiederzusammenbau nach einem Service kann der Betriebsluftspalt zwischen den Statorzähnen 37 und dem Innendurchmesser des Rotors 30 auf einfache Weise durch Verwendung einer Abstandsplatte 46 eingerichtet werden. Die LKW-Achse wird so unterstützt, daß kein Fahrzeuggewicht von der Radnabe 18 und der mit dieser verbundenen Radanordnung getragen wird. Diese Maßnahme entlastet die Radlager 14, so daß das Gewicht der Radnabe 18 und der Nabenkappe 22 das freie Spiel des Achslagers 14 veranlaßt, von einer Seite aufgenommen zu werden, die der Seite gegenüberliegt, bei der das Fahrzeug in normalem Betrieb ist. Die Befestigungsbolzen 24, die die Nabenkappe 22 an der Radnabe 18 sichern, werden gelöst, so daß die Nabenkappe um ein geringfügiges Maß verschoben werden kann, und die Nabenkappe 22 wird dann nach einer Seite verschoben, so daß der Rotor 30 mit der Abstandsplatte 46 an einem Punkt in Berührung kommt, der dem gegenüber liegt, der durch eine von dem normalen Reifenaufstandspunkt durch die Mittellinie definierte Linie und ihren Schnitt mit dem Rotor 30 festgelegt ist. Wenn die Nabenkappe 22 so verschoben worden ist, daß der Rotor 30 die Abstandsplatte 46 an dem oben beschriebenen Punkt berührt, werden die Befestigungsbolzen 24 der Nabenkappe festgezogen. Wenn die Achse abgesenkt wird, so daß der Reifen mit der Straße in Kontakt kommt und das Fahrzeug trägt, gestattet es das freie Spiel der Radlagerung 14, daß sich der Rotor 30 von der Abstandsplatte 46 entfernt, so daß der richtige Betriebsspalt zwischen den Rotorzähnen 32 und den Statorzähnen 37 eingerichtet ist. Somit ist es eine Funktion der Abstandsplatte 46, den Betriebsluftspalt zwischen dem Rotor 30 und dem Stator 36 einzustellen, und sie leitet das von den Magneten 56 erzeugte magnetische Feld und muß aus einem Material hergestellt sein, das magnetisch leitfähig ist.
Obwohl die Erfindung hier und oben mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die Erfindung abgewandelt und variiert werden kann und nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

1. Fahrzeug-Raddrehzahlsensor mit:

einer Radnabe (18), die an einem Fahrzeugachskörper (10) drehbar gelagert ist, der einen durchführenden axialen Durchgang (12) aufweist;

einer Nabenkappe (22), die an der Radnabe (18) gesichert ist, die eine den Raddrehzahlsensor umgebende Kammer definiert;

einem Rotor (30) mit einer Vielzahl von sich in Axialrichtung erstreckenden Rotorzähnen (32), der in der Kammer montiert und an der Nabenkappe (22) befestigt ist;

einer unverdrehbar an dem Achskörper (10) befestigten Statorscheibe (36), die eine Vielzahl von an einer Außenkante ausgebildeten Statorzähnen (37) aufweist;

einer Gruppe an dem Stator (36) montierter ringförmiger Magnete (56) mit einer gekrümmten inneren und äußeren Radialfläche, wobei die Magnete (56) so orientiert sind, daß zueinander passende Magnetpole axial nach innen weisen, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das durch die Statorzähne (37) und die Rotorzähne (32) verläuft;

einer ringförmigen Sensorspule (38), die eine Vielzahl die Mittellinie der Achse (10) umgebende Drahtwindungen aufweist und die zwischen den Magneten (56) und dem Rotor (30) angeordnet und mit der Statorscheibe (36) verbunden ist;

einer Anschlußleitung (43), die mit der Sensorspule (38) verbunden ist und sich in den axialen Durchgang (12) des Achskörpers erstreckt und mit einer elektronischen Schaltung (45) verbunden ist;

Sicherungsmitteln (50, 52), die die Statorscheibe (36) an der Achse (10) halten, und

einer Abstandsplatte (46), die unverdrehbar an dem Stator (36) befestigt ist, wobei die Abstandsplatte (46) eine kreisförmige Außenkante in enger Nachbarschaft zu dem festen Abschnitt des Rotors (30) aufweist, und wobei die ringförmige Sensorspule (38) zwischen der Abstandsplatte (46) und der Statorscheibe (36) angeordnet ist;

wobei die Abstandsplatte (46) so angeordnet ist, daß sie den festen Abschnitt des Rotors (30) berührt, wenn die Fahrzeugachse bei entlasteter Radnabe (18) abgestützt ist, und wobei die Abstandsplatte (46) so angeordnet ist, daß sie einen relativ kleinen betriebsmäßigen Freiraum zu dem festen Rotorabschnitt (30) aufweist, wenn die Fahrzeugachse betriebsmäßig belastet ist.

2. Fahrzeug-Raddrehzahlsensor nach Anspruch 1, bei dem das Sicherungsmittel (50, 52) ein Gewindebolzen ist, der mit einem mit Gewinde versehenen Bereich (20) in dem axialen Durchgang (12) des Achsgehäuses in Eingriff steht.

3. Fahrzeug-Raddrehzahlsensor nach Anspruch 1, bei dem der Rotor (30) aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, wobei der zylindrisch geformte Rotor die Statorscheibe (36) umgibt.

4. Fahrzeug-Raddrehzahlsensor nach Anspruch 1, bei dem die Statorscheibe (36) aus einem pulvermetallischen Material mit hohem Eisenanteil hergestellt ist.

5. Verfahren zur Positionierung eines Fahrzeug-Raddrehzahlsensors, der an einer Radnabenkappe (22) und einer Achse (10) montiert ist, wobei zu dem Verfahren gehört:

Vorsehen einer Radnabe (18) , die an dem Achskörper (10) drehbar gelagert und mittels eines Lagers (14) abgestützt ist;

Vorsehen eines Raddrehzahlsensors mit einer kreisförmigen Statorscheibe (36), die mittels eines Befestigungsmittels unverdrehbar an dem Achskörper (10) befestigt ist und eine Vielzahl von Statorzähnen (37) an einem äußeren Rand aufweist, und mit einer Sensorspule (38), die an der Statorscheibe (36) montiert ist, und mit einem Rotor (30), der an der Radnabenkappe unverdrehbar gesichert ist, wobei der Rotor (30) einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser der Statorplatte (36), und eine Vielzahl von Rotorzähnen (32) aufweist, um einen magnetischen Flußweg mit den Statorzähnen (37) zu erhalten, wobei sich der magnetische Widerstand des Weges mit der Drehung der Radnabe (18) verändert, und mit einer Abstandsplatte (46), die an der Statorscheibe (36) an der der Sensorspule (38) gegenüberliegenden Seite befestigt und so ausgebildet ist, daß sie eng benachbart in den Rotor (30) paßt, der einen Durchmesser und eine Umfangsgestalt hat, die ungefähr mit der der Statorscheibe (36) übereinstimmt,

Lösen der Befestigungsbolzen (24) der Nabenkappe;

Abstützen der Achse gegen eine Anlagefläche, um das Gewicht des Fahrzeuges von der Radnabe (18) weg zu nehmen,

Bewegen der Nabenkappe (22) so, daß die Abstandsplatte (46) an dem Rotor (30) an einem Punkt anliegt, der durch den Schnitt einer zu der Auflagefläche rechtwinkligen Linie definiert ist, die durch eine Mittellinie der Achse geht und die den Innendurchmesser des Rotors (30) schneidet;

Festziehen der Befestigungsbolzen (24) der Nabenkappen.