WO2008098539A2 - Wälzlagereinrichtung mit integriertem sensorsystem - Google Patents

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WO2008098539A2
WO2008098539A2 PCT/DE2008/000106 DE2008000106W WO2008098539A2 WO 2008098539 A2 WO2008098539 A2 WO 2008098539A2 DE 2008000106 W DE2008000106 W DE 2008000106W WO 2008098539 A2 WO2008098539 A2 WO 2008098539A2
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rolling
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Frank Benkert
Manfred Fuchs
Michael Pausch
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Schaeffler Kg
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Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing device with a first bearing ring, a second bearing ring, received in a defined between these two bearing rings track space rolling elements, and a sensor system for generating a related to the relative rotation of the inner ring relative to the outer ring sensor signal.
  • a rolling bearing with a transducer is known.
  • a sensor ring is placed on an end face region of an outer ring of the rolling bearing, which engages as such a donor ring.
  • the donor ring sits on an end face of the inner ring.
  • pulses are generated via the encoder ring, which can be detected by the sensor ring fixed to the outer ring.
  • a rolling bearing which is equipped with a sensor device, via which the rotational movement of the inner ring of the bearing relative to the outer ring of the bearing can be detected.
  • This sensor device comprises a donor ring fixed to the inner ring of the bearing and a sensor ring attached to the outer ring of the bearing.
  • the sensor ring is designed in such a way that a magnetic field generated by the encoder ring can be detected as it passes by the corresponding sensor section.
  • the invention has for its object to provide a rolling bearing device with an integrated sensor system, which is inexpensive to produce under manufacturing aspects and whose installation can be made in a corresponding mechanism with great constructive freedom.
  • a roller bearing device comprising: a first bearing ring, a second bearing ring,
  • Rolling elements which are accommodated in a defined between these two bearing rings track space, a cage device for separating the rolling elements, and a sensor system for generating a related to the relative rotation of the inner ring relative to the outer ring sensor signal, wherein this rolling bearing device is characterized in that the sensor system is designed such that said sensor signal based on an interaction effect between a signal picking organ and a circulating together with the cage device Structure is raised.
  • a rolling bearing device with: a first bearing ring, a second bearing ring, at least one rolling element, which is received in a defined between these two bearing rings track space, and a sensor system for generating one with the relative rotation of the first bearing ring relative to the second Bearing ring related sensor signal, wherein the sensor system comprises a sensor element and a signal generator, wherein this rolling bearing device is characterized in that the sensor system is designed such that said sensor element is at least one reed contact is included, and that the at least one reed contact a magnetic sig Nal the signal transmitter detected as a sensor signal.
  • the signal tapping member is incorporated into a bearing cover ring designed as a relatively flat annular disc.
  • This bearing cap ring is preferably fixed to that bearing ring of the rolling bearing device, which represents the stationary bearing ring in the installed state of the rolling bearing device.
  • the bearing cap ring according to the invention can be clipped into an inner circumferential groove of the outer ring of the roller bearing device, in particular in the manner of a standard bearing sealing disc.
  • the inner ring represents the stationary component, it is also possible to make the bearing cap ring so that it is clipped into a retaining groove formed on the bearing inner ring.
  • the bearing cover ring according to the invention which acts as a bearing seal, is preferably designed as a multi-component component which comprises a relatively dimensionally stable ring-disk core and an elastomer sheath which preferably covers this over the entire area.
  • the provided for effecting the sealing effect sealing lip devices preferably form an integral part of the bearing cap ring.
  • the sensor element according to the invention is designed such that it does not protrude beyond the end face region of the bearing in the axial direction.
  • the sensor element according to the invention can be designed in such a way that the structure revolving around the cage, in particular the cage itself or a transmitter element embedded in the cage, is detected on the basis of electromagnetic and / or field-electrical interaction effects.
  • the body of the bearing cage is partially magnetic.
  • donor element as a small permanent magnet that is fixed to the cage device. It is also possible to manufacture the encoder member from a merely magnetizable or otherwise ferromagnetic material.
  • the transmitter element is fastened to an end face of the cage or the cage device.
  • the donor element can be formed by at least one permanent magnet, alternatively, the donor element can be formed by an encoder disc.
  • the encoder disk is designed as a circular ring which is applied to the end face of the body of the bearing cage or the cage device and facing the sensor element. In the annulus of the encoder disc at least two area areas are provided in which a magnetization is present, wherein the magnetization of adjacent areas is different.
  • the encoder disk designed as a donor element is arranged on a bearing cage made of plastic, wherein the plastic of the body of the bearing cage is non-magnetic and in the region of the sensor element substantially only the magnetic field of the donor element, especially the encoder disk occurs.
  • the plastic offers various possibilities of fastening the encoder element, for example gluing, plugging, screwing or clipping the encoder element to the body of the bearing cage or the cage device.
  • the bearing cage is formed as a plastic snap cage, in which the rolling elements are inserted laterally and a continuous end face is provided, on which the donor element, especially the encoder disc, can be attached.
  • the at the end face of the bearing figs attached donor element is spaced from a fat room, an advantage that does not always result in a sheet metal cage.
  • the encoder disk it is formed from a circular ring made of a ferromagnetic material or at least magnetized material, and that recesses are made in the body of the circular ring. The recesses then form, together with the remaining sections of the body of the annulus, the circulating sequence of sections with alternating, that is to say special and nonexistent, magnetization.
  • Such an encoder disk can be easily made of magnetic steel, for example.
  • An alternative embodiment of the encoder disk preferably provides for configuring the body of the encoder disk as a continuous, uninterrupted circular ring, and for providing magnetized or unmagnetised portions or portions of different magnetization in the direction of rotation of the circular ring.
  • the encoder disk is made of metal, in particular of a ferromagnetic or at least magnetizable metal, or of a ferromagnetic plastic.
  • the sensor element itself can be embodied as a reed contact, as an induction coil device or, in particular, as a Hall effect sensor structure.
  • Preferred is a design of the sensor element as a reed contact, since reed contacts are designed very small construction and have dimensions of only a few mm.
  • reed contacts provide an on-off signal in the manner of switches, depending on whether the reed contact is closed or not, in contrast to Hall-effect sensors or induction coils, which detect the respective measured variable continuously and in which only a digitization downstream got to.
  • Hall-effect sensors or induction coil devices require a constant power supply.
  • this ASIC circuit can include an operational amplifier and a protective circuit in order to avoid damage to the actual, typically sensitive sensor element by overvoltages. It is also possible to configure the ASIC circuit so that an output signal is already generated in the area of the roller bearing device, which is provided in a specific signal standard, in particular bus format.
  • the sensor system comprises a plurality of sensor elements. These sensor elements can be arranged such that the circumferential angle distance of the stationary sensor organ compared to the circumferential angular distance of the encoder structures is adjusted so that the relative movement of the two bearing rings can be detected with an increased resolution. It is thus possible, in particular, to arrange the sensor elements and the sensor structures so that the relative rotation between the inner ring and the outer ring can be detected on the basis of a vernier principle with a resolution of, for example, 15 degrees.
  • the rolling bearing device such that the sensor system in the form of a flat annular sealing element can be inserted into the bearing interior defined between the first bearing ring and the second bearing ring, which is located upstream of the rolling body raceway.
  • This sensor organ can do so be formed, that this cooperates with a also sunk under the end faces of the rolling bearing devices used donor ring.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view for illustrating the structure of a rolling bearing device according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective illustration of a rolling bearing device according to the invention in a completely assembled state
  • FIG. 3 shows an axial sectional view for illustrating the construction of the rolling bearing device according to the invention in an axial section plane perpendicularly intersecting the rolling element track space
  • FIG. 4 shows a sectional sketch for illustrating a particularly preferred design of a sealing disk element provided for realizing the sensor system according to the invention
  • FIG. 5 shows two perspective views for illustrating a further variant of a roller bearing device according to the invention with a sensor element attached to a modified standard bearing sealing disc
  • FIG. 6 shows a further illustration to illustrate the structure of a rolling bearing device according to the invention with a sensor element glued to a modified sealing disk device
  • 7a is an exploded perspective view for illustrating a further variant of a rolling bearing device according to the invention with a sunk on the bearing inner ring encoder ring donated
  • FIG. 7b is a perspective view of the rolling bearing device according to FIG. 7a in the fully assembled state
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of a further exemplary embodiment of a roller bearing device according to the invention
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of another, further exemplary embodiment of a roller bearing device according to the invention.
  • FiguMO FiguMO .eine perspective view of an embodiment of a bearing cage according to the invention with a donor structure
  • Figure 11 is a cross-sectional view of yet another, another embodiment of a rolling bearing device according to the invention, in which the bearing cage shown in Fig. 10 is incorporated by way of example.
  • FIG. 1 shows in the form of a perspective exploded view of an inventive, designed as a deep groove ball bearing rolling bearing device according to a first preferred embodiment of the invention.
  • This rolling bearing device comprises a first bearing ring 1, which acts here as Lagerau H- ring and a second bearing ring 2, which acts as a bearing inner ring. Between the first bearing ring 1 and the second bearing ring 2, a track space B is defined, in which rolling elements 3 are accommodated. These rolling elements 3 are guided by a cage device 4, so that a required circumferential distance is always maintained between the individual rolling elements 3 in the circumferential direction.
  • the cage device 4 may be made of a plastic material or of a metal material.
  • the rolling bearing device further comprises a sensor system 5, which as such serves to generate a relative to the relative rotation of the second bearing ring 2 (bearing inner ring) relative to the first bearing ring 1 (bearing outer ring) related sensor signal.
  • This sensor system 5 is designed in such a way that said sensor signal is raised on the basis of an interaction effect between a signal pickup element 6 and a structure revolving together with the cage device 4.
  • the Signalabgriffsorgan 6 is directly involved in a functioning as a sealing blade bearing cap ring.
  • This bearing cap ring comprises a toroidal core 7 and an elastomeric structure 8 vulcanized onto it.
  • the bearing cap ring itself forms a flat annular disc which, in the region of the rolling body B, which is visible here, extends over the entire surface between the first bearing ring 1 and the second bearing ring 2 sunk can be used.
  • This fixing takes place via the sealing ring fixing groove 1a, which is usually designed for bearing seals on the first bearing ring 1.
  • the sensor element 6 is designed as a reed sensor which is completely integrated into the annular disk core 7 acting as a reinforcement (for example by injection molding).
  • the structure thus formed is coated with the formation of the elastomeric structure 8 with an elastomeric material jacket.
  • Connection cables 10, 11 are integrated into the sensor system according to the invention, via which the detection events generated by the sensor element 6 can be tapped.
  • the cage device by modification of a standard cage with a donor element.
  • a plurality of encoder elements are integrated into the cage device such that no imbalance phenomena occur.
  • FIG. 2 shows in the form of a perspective view of a rolling bearing device according to the invention in a fully assembled state.
  • the provided for sealing the track space B bearing seal 9 extends in the manner of a flat sealing washer between the inner ring 2 and the outer ring 1.
  • This connection cable can be designed as a typical stranded cable, or preferably as a flat conductor cable.
  • FIG. 3 shows, in the form of an axial sectional illustration, the region of an inventive roller bearing device at the level of the track space B.
  • the right side of the rolling bearing device in this illustration is sealed by a standard sealing lip 13.
  • This standard sealing lip is clipped into a circumferential groove 14, which is formed in the area of the front end end 1a of the outer ring 1.
  • the sealing device 13 forms a first sealing lip 13a and a second sealing lip 13b, which seats on corresponding peripheral surfaces of the inner ring 2 and thus seals the web space B of the rolling bearing device to the environment. It is also possible to make the sealing disk device 13 so that it is fixed to the second bearing ring (in this case inner ring) and abuts on peripheral surfaces of the first bearing ring 1 via corresponding sealing lip sections.
  • a sealing device On a side facing away from the standard seal 13 side of the rolling bearing shown here is provided with a sealing device with integrated sensor element 6.
  • the sensor element 6 is designed and arranged such that it can generate a measuring signal which correlates with the passage of the cage device 4.
  • This measuring signal can be generated in particular by incorporating into the cage device 4 a transmitter element (reference numeral 12, FIG. 1) integrated as a permanent magnet or at least a ferromagnetic structure. It is also possible to design the sensor element 6 in such a way that it detects the approach of a rolling element 3 or a structure of the cage device 4 bulging for the sensor element 6.
  • the sensor device according to the invention comprises a carrier body 7 and an elastomer shell 8 integrally formed thereon.
  • the portions of the sealing disc 9 provided for the realization of the sealing lips 8a, 8b form an integral part of that elastomer shell 8.
  • FIG. 4 shows a further variant of a sealing element provided for forming a roller bearing device according to the invention. Similar to the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3, this sealing element 9 comprises a reinforcing core 7 made of a relatively dimensionally stable material, in particular plastic, and an elastomer shell 8 formed thereon of an elastomer material.
  • the sealing lips 8a, 8b form an integral part that elastomeric jacket 8.
  • the sensor element 6 according to the invention which can also be embodied here in particular as a reed contact, is inserted into a trough 7a formed in the reinforcement 7.
  • the completely sealed enclosure of the sensor element 6 in the sealing device according to the invention takes place in that the sensor element 8 according to the invention is completely covered by the elastomer jacket 8. It is possible to secure the sensor element 6 to the reinforcement 7 via this elastomer material jacket 8.
  • the connection cables (see FIG. 1) provided for tapping off the measurement events ascertained by the sensor element 6 according to the invention can preferably be led out of this on a sensor element 6 with respect to the bearing axis diametrically opposite peripheral portion of the sealing element 9.
  • FIG. 5 shows a further variant of a sensor system according to the invention, by means of which known, sealed roller bearings can be reconfigured into sensor bearings according to the invention.
  • the sensor element according to the invention 6 is provided with a sensor housing 20, wherein this sensor housing 20 is anchored in a formed on the rolling bearing seal 9 opening 21.
  • the sensor housing 20 is provided with rear grip claws 22, 23 which, as such, engage behind the wall surrounding the recess 21 on a sealing ring outer side facing away from the sensor element 6. It is possible to design the sensor housing 20 in such a way that a sufficiently sealed support of the sensor housing 20 takes place on the circumferential area surrounding the recess 21.
  • connection box 11 ' provided for tapping the measurement events generated by the sensor element 6 is preferably connected to the sealing disk according to the invention via a fastening section which acts as a strain relief and is led out of the sealing ring at a point spaced from the measuring point in the circumferential direction.
  • the reed contact is seated in a housing 20 and is thus clipped onto a roller bearing seal, which has received a corresponding cutout for receiving the sensor housing.
  • the system of seal and sensor is described as described for the embodiment of Figure 1 in the seal groove on the outer ring of the bearing.
  • FIG. 6 shows a further variant of a bearing sealing ring designed according to the invention as a sensor sealing ring.
  • the comments on the embodiment of Figure 5 apply largely mutatis mutandis.
  • the sensor housing 20 is not clipped to the sealing disc ring 9 in this embodiment, but adhered to this. It is also possible to fix the sensor element according to the invention both by clipping and by additional addition of an adhesive to the sealing ring 9 according to the invention.
  • FIG. 7 a shows a further exemplary embodiment of a roller bearing device according to the invention.
  • This sealing ring structure 9 is designed such that it sits coaxially on the encoder ring 30 and surrounds it.
  • the sealing lip 8b provided by the sealing ring structure 9 is designed so that it is already seated again on an outer circumferential surface of the bearing inner ring 2.
  • the reed contact serves as a sensor element 6 of a sensor system and is seated on a carrier ring 24, which is fastened to a first bearing ring formed as an outer ring 1 of the roller bearing and which is made, for example, of plastic, in particular of a non-magnetic material, so that the carrier ring 24 does not affect the responsive to a magnetic reed contact 6.
  • the cross-sectional view of FIG. 8 shows one of a plurality of permanent magnets 31, which has one of its two poles (identified by the different colors) of the reed Sensor 6 turns.
  • the reed contact can also be arranged directly on the outer ring 1 by being attached directly to the outer ring 1. It is further understood that the reed contact 6 need not be attached by means of the carrier ring 24 to the outer ring 1; Instead, it may be provided that the reed contact 6 is arranged on an inwardly directed formation of the outer ring 1. Regardless of the concrete attachment of the reed contact 6 to the outer ring 1, be it directly or with the interposition of the carrier ring 24 or a comparable Elemen- tes, the permanent magnets or generally the donor elements 31, responsive to the magnetic signal of the reed contact 6, also directly be arranged on the inner ring 2 or on a projection of a portion of the inner ring 2.
  • the signal transmitter or the transmitter element 31, especially the at least one permanent magnet is arranged on the bearing cage 4.
  • the reed contact 6 can be arranged on the inner ring 2, be it via a carrier ring which is attached to the inner ring 2, or If the reed contact 6 is fastened to the inner ring 2, the at least one signal generator 6, in particular the at least one permanent magnet, can be arranged on the bearing cage or the outer ring , In the case of placing on the outer ring either directly on the outer ring or on another ring, which in turn is attached to the outer ring.
  • no seal was provided. It is understood that in addition a seal may be provided which engages over the carrier ring 24 and the further ring 25. Alternatively, a sealing lip may be provided on the carrier ring 24, which covers the gap between the carrier ring 24 and the further ring 25.
  • carrier ring 24 shown in Figure 8 in cross-section in particular in the recognizable embodiment of the carrier ring 24, may also be attached to a seal, not shown in Figure 8, including in particular no or only insignificant structural changes to the recognizable Design of the carrier ring 24 need to be made.
  • the rolling bearing device according to the invention is designed such that neither the sensor organ 6 (see Figure 7a) bearing sealing ring structure 9, nor the encoder organs 31, 32 supporting donor ring structure 30 via a through the end faces of the first bearing ring 1 and the second bearing ring 2 defined end plane of the bearing emerge. Only in the region of the connecting cable 11 is a cable guide space sufficient to lead out the cable 11 to be provided when installing this rolling bearing device according to the invention. It is possible to form on the outer ring 1 a sinking sufficiently deep for receiving the connection cable 11. so that the connecting cable 11 can be guided radially outward in the region of the end face of the bearing outer ring 1 without being able to project beyond the end face defined by the end face of the bearing ring 1.
  • the signal generator was formed by a permanent magnet, that is, a substantially punctiform magnetic field.
  • a substantially flat magnetic field can be provided as a signal generator.
  • FIG. 9 shows a roller bearing with an inner ring designed as a first bearing ring 2, an outer ring designed as a second bearing ring 1, and a sealing device 9 connected to the outer ring 1 and a sensor system.
  • the sensor system comprises a reed contact 6 structurally integrated in the sealing device 9 as a sensor element and an encoder ring 26, which is designed as a signal generator.
  • the encoder ring 26 is circular in shape and comprises along its circumference a sequence of two or more areal areas, the magnetization of each of two adjacent areal areas being different; includes the case that one of the areas of the encoder ring has no magnetization.
  • the encoder ring 26 is attached to the inner ring 2 and has a distance from the outer ring 1, the sealing device 9 and to the bearing cage 4.
  • the encoder ring 26 is arranged substantially centrally in the web space B between the two bearing rings 1, 2, so that the magnetized regions of the encoder ring 26 have only a short distance to the reed contact 6. It is understood that the encoder ring 26 can also be arranged on the outer ring 1, when the reed contact 6 or more generally the sensor element of the sensor system is arranged on the inner ring or on the sealing device connected to the inner ring. It is further understood that the encoder ring 26 can be arranged either directly on the bearing ring 1 or 2, or indirectly, with the interposition of a carrier ring.
  • Fig. 10 shows one half of a bearing cage 4, which is designed as a Kunststoffschnappkarfig.
  • the encoder disk 26 is designed as a circular ring which has a circumferential sequence of recesses, in particular stampings of approximately rectangular outline, wherein the punched-out sections are formed in the shape of a sector of a circle.
  • the encoder disk 26 is attached to the end face of the body of the bearing cage 4 by gluing. It is understood that the body of the encoder disc 26 may include at its outer edge a circumferential bead which engages in a groove provided on the body of the Lagerekal- fig 4 also provided groove, so as to secure the encoder disc 26 to the body of the bearing cage 4.
  • the encoder disk 26 can also be introduced by inserting, clips or - in the production of the body of the bearing cage 4 by molding a plastic - by encapsulation in the body of the bearing cage 4 or otherwise secured to the bearing cage 4. If the bearing cage 4 is made of plastic, the end face or the back of the bearing cage 4 may be formed from a magnetizable plastic and thus form an encoder disk.
  • Fig. 11 shows a likewise formed as Kunststoffschnappkarfig bearing cage 4, on the end face 27, the encoder disk 26 is attached.
  • the fastening of the encoder surface can be carried out by pressing the encoder disk 26 onto the end face 27 of the bearing cage 4, wherein the encoder disk 26 slides laterally in sections over an edge of the end face 27.
  • the sensor element is designed as a reed sensor 6, which is structurally integrated in a sealing device 9.
  • the sealing device 9 is connected to the first bearing ring 1, in this case the outer ring, so that the encoder disk 26 is movable during operation of the rolling bearing relative to the reed sensor 6 designed as a sensor element of the sensor device.
  • the invention is not limited to the embodiments described above.
  • the sensor element instead of detecting the passage of corresponding sensor structures on the respective sensor element, it is also possible to design the sensor element such that it can detect the alignment of a magnetic field generated by the encoder elements 31 and 32 in the area of the roller bearing device, whereby changes in the orientation This magnetic field, as they already occur in small relative rotation of the bearing rings 1, 2 to each other, can already be detected by the sensor element without the donor structures must be in the immediate vicinity of the sensor element 6.
  • the sensor elements 6 can also be structurally designed so that they are designed as extremely flat modules, so that there is no significant axial thickening of the sealing disk element even in the field of mounting locations of the sensor elements on the sealing disk element.
  • connection cables specified here for enabling a tapping of the measurement signals collected via the sensor elements according to the invention it is also possible to carry out a signal or information transfer in a different way.
  • an electronic circuit which serves as such as a counting member for counting the bearing rotation or as a data memory for other recording, in particular wear-relevant measured variables.
  • the information recorded by this data carrier device can be read out after removal of the rolling bearing according to the invention or through another suitable reading device, in particular also optically.
  • Rolling bearing devices designed according to the invention support rotating shafts and additionally measure relative movements of the two bearing rings. In particular, speed and direction of rotation are recorded. From this you can Spin and number of revolutions are derived. This information can be processed in terms of control and regulation so that systems and devices can be electronically monitored and automatically operated.
  • Typical applications for inventively designed rolling bearings with integrated sensor are electric machines, especially frequency-controlled asynchronous three-phase machines, gear, z. B. in machine tools, geared motors equipment of materials handling, z. As elevators, escalators, conveyor belts, forklift drives, textile and packaging machines.
  • a reed contact is used as a sensor for speed detection.
  • the reed contact consists, for example, of a vacuum-sealed or protective gas-filled glass bulb in which two ferromagnetic contact tongues are cast. The ends of the contact tongues protrude from the piston and serve as connections.
  • the contact is connected to a circuit via the two (solder) connections and has the function of a switch there. By approaching a magnet, the two contact tongues are brought together, so that the circuit is closed and a voltage pulse can be measured.
  • the magnets used to drive the contacts are positioned on the bearing cage. This has the advantage that the life of the sensor can be maximized, since the actual speed of the bearing is higher by a determinable factor than the cage speed. About the number of used magnets can be the measurement accuracy of the sensor bearing regulate.
  • the reed contacts mounted in or on a bearing seal, whereby a simple and fast assembly and disassembly is guaranteed.
  • the reed contact and the two connection cables are preferably completely integrated into the reinforcement of the bearing seal (eg by injection molding). Subsequently, the reinforcement is coated with an elastomer sheath.
  • the reed contact and the connection cables are not completely integrated into the reinforcement, but merely inserted into a groove provided for this purpose and then enclosed with the elastomer jacket.
  • the reinforcement therefore does not have to be cast from plastic, but can also be designed, for example, as a sheet metal formed part.
  • the transmitter element or the signal generator specifically the at least one permanent magnet or the encoder disk 26, was structurally separated from the at least one rolling body 3 of the rolling bearing unit.
  • the at least one rolling element 3 itself can be designed as a signal transmitter or transmitter element in that the rolling element 3 has a magnetization which detects the reed contact or more generally the sensor element 6.
  • the magnetization of the rolling element 3 can be formed by structurally integrating a permanent magnet on or into the rolling element 3. Alternatively or additionally, it may be provided to impart magnetization to the at least one rolling element 3, since in many cases rolling elements are formed from a magnetizable material or already have magnetic properties.
  • the transmitter element or the signal generator was formed by a permanent magnet, that is, by an element which is connected to the associated bearing component, réellearch. Outer ring or bearing cage, was added.
  • a permanent magnet that is, by an element which is connected to the associated bearing component, réellearch. Outer ring or bearing cage.
  • the body of the respective bearing component so the body of the inner ring or outer ring or the bearing cage sections may even have a magnetization, so that it is no longer necessary to attach an additional element as a signal generator to the respective body. In this way, imbalances that may occur, for example, during rapid running of the bearing, or a time-releasing attachment of the donor element or the signal generator, avoid.
  • the body of the inner or outer ring or the bearing cage for example, a partial magnetization can be impressed by a short, strong current pulse passes through the section, so that the current pulse generates a magnetic field that magnetizes in the portion of the magnetizable material of the body.
  • the permanent magnetization of the portion of the body of the respective bearing component can also be generated in other ways.
  • a bearing cage which is made of plastic
  • some of the magnetic material is stored in the plastic.
  • a bearing cage made of ceramic or bearing ring magnetic material may be partially added to a sintered powder, and the bearing cage or the bearing ring are made by pressing the sintered powder.
  • the rolling elements if this is designed as a signal generator or encoder element, can be imprinted in this way a magnetization.
  • each sensor system comprised exclusively reed contacts. It is understood that in addition to the at least one reed contact, the sensor system may also comprise another sensor element detecting a magnetic field, for example one or more Hall sensors or Förster sensors. Since the reed contact a signal provides a closed or open circuit as an output signal, so only two states, it may be advantageous if another sensor such as a Hall sensor in the event that the reed contact indicates a closed circuit, the amount of magic Detected net field, especially at the point where the reed contact has measured the magnetic field.
  • another sensor such as a Hall sensor in the event that the reed contact indicates a closed circuit, the amount of magic Detected net field, especially at the point where the reed contact has measured the magnetic field.
  • each signal generator has a different magnetic field, wherein each individual one of the magnetic fields is dimensioned such that it can be detected by the reed contact. In this way, an improved spatial resolution can be achieved in the rolling bearing.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wälzlagereinrichtung mit einem ersten Lagerring (1), einem zweiten Lagerring (2), Wälzkörpern (3), die in einem zwischen diesen beiden Lagerringen (1, 2) definiertem Bahnraum (B) aufgenommen sind, einer Käfigeinrichtung (4) zur Separierung der Wälzkörper (3), und einem Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung des Innenrings (2) gegenüber dem Außenring (7) in Bezug stehenden Sensorsignales, wobei sich diese Wälzlagereinrichtung dadurch auszeichnet, dass das Sensorsystem derart gestaltet ist, dass das genannte Sensorsignal auf Grundlage eines Wechselwirkungseffektes zwischen einem Signalabgriffsorgan und einer gemeinsam mit der Käfigeinrichtung umlaufenden Struktur erhoben wird. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, Wälzlagereinrichtungen mit integriertem Sensorsystem zu schaffen, deren Außenabmessungen im wesentlichen den Standardaußenabmessungen für derartige Wälzlagereinrichtungen entsprechen. In besonders vorteilhafter Weise wird es möglich, Standard-Wälzlager durch einfachen Austausch des Lagerdichtrings zu einem erfindungsgemäßen Wälzlager zu modifizieren.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlagereinrichtung mit integriertem Sensorsystem
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wälzlagereinrichtung mit einem ersten Lagerring, einem zweiten Lagerring, in einem zwischen diesen beiden Lagerringen definiertem Bahnraum aufgenommenen Wälzkörpern, sowie einem Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung des Innenrings gegenüber dem Außenring in Bezug stehenden Sensorsignales.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 698 260 55 T2 ist ein Wälzlager mit einem Messwertaufnehmer bekannt. Bei diesem herkömmlichen Wälzlager ist auf einen Stirnflächenbereich eines Außenrings des Wälzlagers ein Sensorring aufgesetzt, der als solcher einen Geber-Ring umgreift. Der Geber-Ring sitzt auf einer Stirnfläche des Innenrings. Bei einer Drehung des Innenrings gegenüber dem Außen- ring werden über den Geber-Ring Impulse generiert, die durch den am Außenring fixierten Sensorring erfasst werden können.
Aus DE 601 092 32 T2 ist ebenfalls ein Wälzlager bekannt, das mit einer Sensoreinrichtung ausgestattet ist, über welche die Drehbewegung des Innenrings des Lagers gegenüber dem Außenring des Lagers erfasst werden kann. Diese Sensoreinrichtung umfasst einen am Innenring des Lagers fixierten Geber-Ring und einen an den Außenring des Lagers angesetzten Sensorring. Der Sensorring ist derart gestaltet, dass über diesen ein durch den Geber-Ring generiertes magnetisches Feld beim Vorbeilaufen an dem entsprechenden Sensorabschnitt detektiert werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlagereinrichtung mit einem integrierten Sensorsystem zu schaffen, die unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten kostengünstig herstellbar ist und deren Verbau in einem entsprechenden Mechanismus mit großer konstruktiver Freiheit erfol- gen kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wälzlagereinrichtung mit: einem ersten Lagerring, einem zweiten Lagerring,
Wälzkörpern die in einem zwischen diesen beiden Lagerringen definierten Bahnraum aufgenommenen sind, einer Käfigeinrichtung zur Separierung der Wälzkörper, und einem Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung des Innenrings gegenüber dem Außenring in Bezug stehenden Sensorsignales, wobei sich diese Wälzlagereinrichtung dadurch auszeichnet, dass das Sensorsystem derart gestaltet ist, dass das genannte Sensorsignal auf Grundlage eines Wechselwirkungseffektes zwischen einem Signalabgriffsorgan und einer gemeinsam mit der Käfigeinrichtung umlaufenden Struktur erhoben wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls gelöst durch eine Wälzlagereinrichtung mit: einem ersten Lagerring, einem zweiten Lagerring, mindestens einem Wälzkörper, der in einem zwischen diesen beiden Lagerringen definiertem Bahnraum aufgenommenen ist, und einem Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung des ersten Lagerrings gegenüber dem zweiten Lagerring in Bezug stehenden Sensorsignales, wobei das Sensorsystem ein Sensororgan und einen Signalgeber umfasst, wobei sich diese Wälzlagereinrichtung dadurch auszeichnet, dass das Sensorsystem derart gestaltet ist, dass das genannte Sensororgan mindestens einen Reedkontakt umfasst ist, und dass der mindestens eine Reedkontakt ein magnetisches Sig- nal des Signalgebers als Sensorsignal erfasst.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, Wälzlagereinrichtungen mit integriertem Sensorsystem zu schaffen, deren Außenabmessungen im wesentlichen den Standardaußenabmessungen für derartige Wälzlagereinrich- tungen entsprechen. In besonders vorteilhafter Weise wird es möglich, Standard-Wälzlager durch einfachen Austausch des Lagerdichtrings zu einem er-findungsgemäßen Wälzlager zu modifizieren.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfϋhrungsform der Erfindung ist das Signalabgriffsorgan in einen als relativ flache Ringscheibe ausgebildeten Lagerdeckelring eingebunden. Dieser Lagerdeckelring ist vorzugsweise an demjenigen Lagerring der Wälzlagereinrichtung fixiert, der in verbautem Zustand der Wälzlagereinrichtung den stationären Lagerring darstellt. Der er- findungsgemäße Lagerdeckelring kann hierbei insbesondere in der Art einer Standard-Lagerdichtscheibe in eine Innenumfangsnut des Außenrings der Wälzlagereinrichtung eingeklipst werden. Für Anwendungsfälle bei welchen der Innenring die stationäre Komponente darstellt ist es auch möglich, den Lagerdeckelring so zu gestalten, dass dieser in eine am Lagerinnenring aus- gebildete Haltenut eingeklipst wird.
Der erfindungsgemäße, als Lagerdichtung fungierende, Lagerdeckelring ist vorzugsweise als Mehrstoff-Bauteil ausgeführt, das einen relativ formsteifen Ringscheibenkern und einen diesen vorzugsweise vollflächig abdeckenden Elastomermantel umfasst. Die zur Bewerkstelligung der Abdichtwirkung vorgesehenen Dichtlippeneinrichtungen bilden vorzugsweise integralen Bestandteil des Lagerdeckelrings.
Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Sensororgan derart ausgebildet, dass dieses in axialer Richtung nicht über den Stirnflächenbereich des Lagers hervorkragt.
Das erfindungsgemäße Sensororgan kann derart ausgebildet sein, dass die mit dem Käfig umlaufende Struktur, insbesondere der Käfig selbst oder ein in den Käfig eingebettetes Geber-Element auf Grundlage elektromagnetischer und/oder feldelektrischer Wechselwirkungseffekte erfasst wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Korpus des Lagerkäfigs abschnittsweise magnetisch ist.
Insbesondere ist es möglich, jenes Geber-Element als kleinen Dauermagne- ten auszuführen, der an der Käfigeinrichtung fixiert ist. Es ist auch möglich, das Geberorgan aus einem lediglich magnetisierbaren oder anderweitig fer- romagnetischen Material zu fertigen.
Bevorzugt ist hinsichtlich des Geber-Elementes vorgesehen, dass das Ge- ber-Element an einer Stirnseite des Käfigs bzw. der Käfigeinrichtung befestigt ist. Das Geber-Element kann dabei durch mindestens einen Permanentmagneten gebildet sein, alternativ hierzu kann das Geber-Element durch eine Encoderscheibe gebildet sein. Die Encoderscheibe ist dabei als Kreisring ausgebildet, der auf die Stirnfläche des Korpus des Lagerkäfigs bzw. der Käfigeinrichtung aufgebracht ist und dem Sensororgan zugekehrt ist. Bei dem Kreisring der Encoderscheibe sind mindestens zwei flächige Bereiche vorgesehen, bei denen eine Magnetisierung vorhanden ist, wobei die Magnetisierung benachbarter Bereiche unterschiedlich ist.
Bevorzugt ist die als Geber-Element ausgebildete Encoderscheibe an einem Lagerkäfig aus Kunststoff angeordnet, wobei der Kunststoff des Korpus des Lagerkäfigs unmagnetisch ist und im Bereich des Sensororgans im wesentlichen nur das Magnetfeld des Geber-Elementes, speziell also der Encoderscheibe, auftritt. Der Kunststoff bietet verschiedene Möglichkeiten der Befes- tigung des Geber-Elementes, beispielsweise ein Kleben, Stecken, Schrauben oder Clipsen des Geber-Elementes an das Korpus des Lagerkäfigs bzw. der Käfigeinrichtung.
Besonders bevorzugt ist der Lagerkäfig als Kunststoff-Schnappkäfig ausge- bildet, bei dem die Wälzkörper seitlich eingeführt werden und eine durchgehende Stirnfläche vorhanden ist, auf der das Geber-Element, speziell die Encoderscheibe, befestigt werden kann. Das an der Stirnfläche des Lagerkä- figs befestigte Geber-Element ist dabei von einem Fettraum beabstandet, ein Vorteil, der sich bei einem Blechkäfig nicht immer ergibt.
Besonders bevorzugt ist hinsichtlich der Encoderscheibe vorgesehen, dass diese aus einem Kreisring aus einem ferromagnetischen Material oder zumindest magnetisierten Material gebildet ist, und dass in das Korpus des Kreisrings Aussparungen eingebracht sind. Die Aussparungen bilden dann zusammen mit den verbleibenden Abschnitten des Korpus des Kreisrings die umlaufende Abfolge von Abschnitten mit wechselnder, also speziell vorhan- dener und nicht-vorhandener, Magnetisierung. Eine derartige Encoderscheibe lässt sich beispielsweise aus magnetischen Stahl einfach herstellen.
Eine hierzu alternative Ausgestaltung der Encoderscheibe sieht vorzugsweise vor, das Korpus der Encoderscheibe als durchgehenden, nicht unterbro- chenen Kreisring auszugestalten, und in Umlauf richtung des Kreisrings magnetisierte bzw. unmagnetisierte Abschnitte oder Abschnitte unterschiedlicher Magnetisierung vorzusehen.
Hinsichtlich des Materials der Encoderscheibe ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Encoderscheibe aus Metall, insbesondere aus einem ferromagnetischen oder zumindest magnetisierbaren Metall, oder aus einem ferromagnetischen Kunststoff hergestellt ist.
Das Sensororgan selbst kann als Reedkontakt, als Induktionsspuleneinrich- tung oder insbesondere auch als Hall-Effekt Sensorstruktur ausgeführt sein. Bevorzugt ist eine Ausbildung des Sensororgans als Reedkontakt, da Reedkontakte sehr kleinbauend ausgebildet sind und Abmessungen von nur wenigen mm aufweisen. Weiter liefern Reedkontakte nach Art von Schaltern ein Ein-Aus-Signal, je nachdem, ob der Reedkontakt geschlossen ist oder nicht, im Gegensatz zu Hall-Effekt-Sensoren oder Induktionsspulen, die die jeweilige Messgröße kontinuierlich erfassen und bei denen erst eine Digitalisierung nachgeschaltet werden muss. Weiter erweist sich bei Reedkontakten als vorteilhaft, dass diese keine Versorgungsspannung erfordern, sondern einfach einen Stromkreis schließen, sofern der Reedkontakt angesprochen wird. Im Gegensatz hierzu erfordern Hall-Effekt-Sensoren bzw. Induktionsspuleneinrichtungen eine ständige Spannungsversorgung.
Es ist möglich, in das Wälzlager, insbesondere in den Bereich des Sensororgans eine ASIC-Schaltung einzubinden, die als solche bereits unmittelbar im Bereich der Messstelle eine signaltechnische Vorverarbeitung der erfass- ten Detektionsereignisse vornimmt. Diese ASIC-Schaltung kann insbesonde- re einen Operationsverstärker und eine Schutzschaltung umfassen, um Beschädigungen des eigentlichen, typischerweise sensiblen Sensororgans durch Überspannungen zu vermeiden. Es ist auch möglich, die ASIC- Schaltung so zu konfigurieren, dass bereits im Bereich der Wälzlagereinrichtung ein Ausgangssignal generiert wird, das in einem bestimmten Sig- nalstandart, insbesondere Bus-Format bereitgestellt ist.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Sensorsystem mehrere Sensororgane. Diese Sensororgane können so angeordnet sein, dass der Umfangswinkelabstand der stationären Sensororga- ne gegenüber dem Umfangswinkelabstand der Geberstrukturen so abgestimmt ist, dass die Relativbewegung der beiden Lagerringe mit einer erhöhten Auflösung erfasst werden kann. So ist es insbesondere möglich, die Sensororgane und die Geberstrukturen so anzuordnen, dass die Relativdrehung zwischen dem Innenring und dem Außenring auf Grundlage eines No- nius-Prinzips mit einer Auflösung von beispielsweise 15 Grad erfasst werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Wälzlagereinrichtung so zu gestalten, dass das Sensorsystem in Form eines flachen Ringdichtungselementes in den zwischen dem ersten Lagerring und dem zweiten Lagerring definierten, der Wälzkörperlaufbahn vorgelagerten Lagerinnenraum einsetzbar ist. Dieses Sensororgan kann so ausgebildet sein, dass dieses mit einem ebenfalls unter die Stirnflächen der Wälzlagereinrichtungen versenkt eingesetzten Geber-Ring zusammenwirkt.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
Figur 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung in vollständig zusammengebautem Zustand,
Figur 3 eine Axialschnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung in einer den Wälzkörper- bahnraum senkrecht schneidenden Axialschnittebene,
Figur 4 eine Schnittskizze zur Veranschaulichung einer besonders bevorzugten Gestaltung eines zur Realisierung des erfindungsgemäßen Sensorsystems vorgesehenen Dichtscheibenelementes,
Figur 5 zwei perspektivische Darstellungen zur Veranschaulichung einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung mit einem an eine modifizierte Standard-Lagerdichtscheibe angesetzten Sensororgan,
Figur 6 eine weitere Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung mit einem an eine modifizierte Dichtscheibeneinrichtung angeklebten Sensororgan, Figur 7a eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung mit einem versenkt an den Lagerinnenring angesetzten Geber- Ring,
Figur 7b eine perspektivische Darstellung der Wälzlagereinrichtung gemäß Figur 7a in vollständig zusammengebautem Zustand,
Figur 8 eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung,
Figur 9 eine Querschnittsansicht eines anderen, weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung,
FiguMO .eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigs mit einer Geber-Struktur, und
Figur 11 eine Querschnittsansicht eines wiederum anderen, weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung, in die der in Fig. 10 dargestellte Lagerkäfig beispielhaft eingebaut ist.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt in Form einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine erfindungsgemäße, als Rillenkugellager ausgeführte Wälzlagereinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Diese Wälzlagereinrichtung umfasst einen ersten Lagerring 1 , der hier als Lageraußen- ring fungiert und einen zweiten Lagerring 2, der als Lagerinnenring fungiert. Zwischen dem ersten Lagerring 1 und dem zweiten Lagerring 2 wird ein Bahnraum B definiert, in welchem Wälzkörper 3 aufgenommen sind. Diese Wälzkörper 3 sind durch eine Käfigeinrichtung 4 geführt, sodass zwischen den einzelnen Wälzkörpern 3 in Umfangsrichtung stets ein geforderter Um- fangsabstand eingehalten wird. Die Käfigeinrichtung 4 kann aus einem Kunststoffmaterial oder auch aus einem Metallwerkstoff gefertigt sein.
Die erfindungsgemäße Wälzlagereinrichtung umfasst weiterhin ein Sensorsystem 5, das als solches der Generierung eines mit der Relativdrehung des zweiten Lagerringes 2 (Lagerinnenring) gegenüber dem ersten Lagerring 1 (Lageraußenring) in Bezug stehenden Sensorsignals dient. Dieses Sensorsystem 5 ist derart gestaltet, dass das genannte Sensorsignal auf Grundlage eines Wechselwirkungseffektes zwischen einem Signalabgriffsorgan 6 und einer gemeinsam mit der Käfigeinrichtung 4 umlaufenden Struktur erhoben wird. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Signalabgriffsorgan 6 unmittelbar in einen als Dichtlamelle fungierenden Lagerdeckelring eingebunden. Dieser Lagerdeckelring umfasst einen Ringkern 7 und eine an diesen anvulkanisierte Elastomerstruktur 8. Der Lagerdeckelring an sich bildet eine flache Ringscheibe, die in dem hier erkennbaren, dem Wälzkörper- bahnraum B vorgelagerten, zwischen dem ersten Lagerring 1 und dem zweiten Lagerring 2, gebildeten Ringraum vollflächig versenkt einsetzbar ist.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der durch den Ringkern 7 und die Elastomerstruktur 8 gebildete Lagerdeckelring 9 am ersten Lagerring 1 , d.h. am Lageraußenring fixiert. Diese Fixierung erfolgt über die üblicherweise für Lagerdichtringe am ersten Lagerring 1 ausgebildete Dichtringfixier- nut 1a.
Das erfindungsgemäße Sensororgan 6 ist bei dem hier gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel als Reed-Sensor ausgeführt, der vollständig in den als Armierung fungierenden Ringscheibenkern 7 (z.B. durch Spritzgießen) eingebunden ist. Die so gebildete Struktur wird unter Bildung der Elastomerstruktur 8 mit einem Elastomermaterialmantel überzogen.
In das erfindungsgemäße Sensorsystem sind Anschlusskabel 10, 11 einge- bunden, über welche die durch das Sensororgan 6 generierten Detektions- ereignisse abgegriffen werden können.
Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes wird es möglich, durch Modifikation eines Standardlagers, d.h. durch Austausch einer Standard- dichtlippe gegen eine mit einem erfindungsgemäßen Sensororgan 6 bestückte Dichtlippe und gegebenenfalls durch Ansetzen eines Geberorgans 12 an den Wälzlagerkäfig 4 eine Wälzlagereinrichtung zu schaffen, die als solche eine Detektion der Drehung des Lagerinnenrings gegenüber dem Lageraußenring auf Grundlage der Erfassung der Drehung des Wälzlagerkä- figs 4 ermöglicht. Auf Grundlage eines für das jeweilige Lager aus den Abmessungen der Lageringe bestimmbaren Übersetzungsverhältnisses kann aus der Drehzahl des Käfigs 4 die Drehzahl des Innenrings 2 gegenüber dem Außenring 1 ermittelt werden.
Es ist möglich, die Käfigeinrichtung durch Modifikation eines Standardkäfigs mit einem Geberelement auszustatten. Vorzugsweise werden mehrere Geberelemente derart in die Käfigeinrichtung eingebunden, dass keine Unwuchterscheinungen auftreten.
In Figur 2 ist in Form einer perspektivischen Darstellung einer erfindungsgemäße Wälzlagereinrichtung in vollständig montiertem Zustand dargestellt. Wie aus dieser Darstellung erkennbar, erstreckt sich die zur Abdichtung des Bahnraums B vorgesehene Lagerdichtung 9 in der Art einer flachen Dichtscheibe zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 1. Unmittelbar aus dieser Dichtscheibe 9 sind die entsprechenden Anschlussenden des Anschlusskabels 10, 11 herausgeführt. Dieses Anschlusskabel kann als typisches Litzenkabel, oder vorzugsweise als Flachleiterkabel ausgeführt sein. In Figur 3 ist in Form einer Axialschnittdarstellung der Bereich einer erfind- ungemäßen Wälzlagereinrichtung auf Höhe des Bahnraums B dargestellt. Die in dieser Darstellung rechte Seite der Wälzlagereinrichtung ist durch eine Standarddichtlippe 13 abgedichtet. Diese Standarddichtlippe ist in eine Um- fangsnut 14 eingeklipst, die im Bereich des vorderen Stirnendes 1a des Außenringes 1 ausgebildet ist.
Die Dichtungseinrichtung 13 bildet eine erste Dichtlippe 13a und eine zweite Dichtlippe 13b, die auf entsprechenden Umfangsflächen des Innenrings 2 aufsitzt und damit den Bahnraum B der Wälzlagereinrichtung zur Umgebung hin abdichtet. Es ist auch möglich, die Dichtscheibeneinrichtung 13 so zu gestalten, dass diese am zweiten Lagerring (hier Innenring) fixiert ist und über entsprechende Dichtlippenabschnitte an Umfangsflächen des ersten Lagerringes 1 anliegt.
Auf einer der Standard-Dichtung 13 abgewandten Seite ist das hier dargestellte Wälzlager mit einer Dichtungseinrichtung mit eingebundenem Sensororgan 6 versehen. Das Sensororgan 6 ist so ausgebildet und angeordnet, dass durch dieses ein mit dem Vorbeilauf der Käfigeinrichtung 4 korrelieren- des Messsignal erzeugt werden kann. Dieses Messsignal kann insbesondere generiert werden indem in die Käfigeinrichtung 4 ein als Dauermagnet oder zumindest ferromagnetische Struktur eingebundenes Geberelement (Bezugszeichen 12, Figur 1) eingebunden wird. Es ist auch möglich, das Sensororgan 6 so zu gestalten, dass durch dieses die Annäherung eines Wälz- körpers 3 oder einer zum Sensororgan 6 ausbauchenden Struktur der Käfigeinrichtung 4 detektiert wird.
Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, umfasst die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung einen Trägerkorpus 7 und einen an diesen angeformten, aus einem Elastomermaterial bestehenden Elastomermantel 8. Die zur Realisierung der Dichtlippen 8a, 8b vorgesehenen Abschnitte der Dichtscheibe 9 bilden integralen Bestandteil jenes Elastomermantels 8. In Figur 4 ist eine weitere Variante eines zur Bildung einer erfindungsgemä- ßen Wälzlagereinrichtung vorgesehenen Dichtungselementes dargestellt. Dieses Dichtungselement 9 umfasst, ähnlich wie das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3, einen aus einem relativ formsteifen Material, ins- besondere Kunststoff gefertigten Armierungskern 7 sowie einen daran angeformten, aus einem Elastomermaterial bestehenden Elastomermantel 8. Die Dichtlippen 8a, 8b bilden integralen Bestandteil jenes Elastomermantels 8.
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Sen- sororgan 6, das auch hier insbesondere als Reedkontakt ausgeführt sein kann, in eine in der Armierung 7 ausgebildete Mulde 7a eingesetzt. Der vollständig abgedichtete Einschluss des Sensororgans 6 in die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung erfolgt indem das erfindungsgemäße Sensororgan 8 vollflächig durch den Elastomermantel 8 abgedeckt ist. Es ist möglich, über diesen Elastomermaterialmantel 8 das Sensororgan 6 an der Armierung 7 zu sichern. Die zum Abgriff der durch das erfindungsgemäße Sensororgan 6 erhobenen Messereignisse vorgesehenen Anschlusskabel (siehe Figur 1) können vorzugsweise an einer dem Sensororgan 6 bezüglich der Lagerachse diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitt des Dich- tungselementes 9 aus diesem herausgeführt werden.
Zur Sicherung einer hochfesten Haftung des Elastomermantels 8 an dem Armierungskorpus 7 ist es möglich, diesen derart vorzubehandeln, insbesondere einer Corona-Bestrahlung zu unterziehen, dass das zur Bildung des Elastomermantels 8 vorgesehene Elastomermaterial mit dem zur Bildung des Armierungskorpus 7 vorgesehene Material eine stoffliche Verbindung eingeht.
In Figur 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Sensorsystems dargestellt, durch welches an sich bekannte, abgedichtete Wälzlager zu erfindungsgemäßen Sensor-Lagern umkonfiguriert werden können. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Sensororgan 6 mit einem Sensorgehäuse 20 versehen, wobei dieses Sensorgehäuse 20 in einem an der Wälzlagerdichtung 9 ausgebildeten Durchbruch 21 verankert ist. Das Sensorgehäuse 20 ist hierzu mit Hintergriffsklauen 22, 23 versehen, die als solche die die Ausnehmung 21 umsäumende Wandung auf einer dem Sensororgan 6 abgewandten Dichtringaußenseite hintergreifen. Es ist möglich, das Sensorgehäuse 20 so zu gestalten, dass eine hinreichend abgedichtete Auflage des Sensorgehäuses 20 auf dem die Ausnehmung 21 umsäumenden Umfangsflächenbereich erfolgt. Das zum Abgriff der durch das Sensororgan 6 generierten Messereignisse vorgesehene Anschlusska- bei 11' ist vorzugsweise über einen hinreichend langen, als Zugentlastung wirkenden Befestigungsabschnitt an die erfindungsgemäße Dichtscheibe angebunden und an einer in Umfangsrichtung von der Messstelle beabstan- deten Stelle aus dem Dichtring herausgeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 sitzt der Reedkontakt in einem Gehäuse 20 und wird damit an eine Wälzlagerdichtung, die einen entsprechenden Ausbruch zur Aufnahme des Sensorgehäuses erhalten hat, angeklipst. Das System aus Dichtung und Sensor wird wie zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben in die Dichtungsnut am Außenring des Wälzlagers eingefügt.
In Figur 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäß als Sensor- Dichtring ausgestalteten Lagerdichtrings dargestellt. Für dieses Ausführungsbeispiel gelten die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 weitgehend sinngemäß. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Sensorgehäuse 20 nicht an den Dichtscheibenring 9 angeklipst, sondern an diesen angeklebt. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Sensororgan sowohl durch Anklipsen als auch durch zusätzliche Zugabe eines Klebemittels an dem erfindungsgemäßen Dichtring 9 zu fixieren. In Figur 7a ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wälzlagereinrichtung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt abweichend von den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen keine direkte Erfassung der Relativbewegung des Lagerkäfigs gegenüber der Dichtungseinrichtung, sondern die Detektion der Relativdrehung des Lagerinnenrings 2 gegenüber dem Lageraußenring 1. An dem Lagerinnenring 2 ist hierzu eine Ringschulter 2a ausgebildet, auf welche ein als Geberorganträger fungierendes Ringelement 30 aufsetzbar ist. In dieses Ringelement 30 sind zwei als Geberorgane fungierende Permanentmagnetkörper 31 , 32 eingebunden. Der Vorbeilauf dieser Geberorgane 31 , 32 an den hier als Reedkontakt ausgeführten Sensororgan 6 kann durch ein entsprechendes, an dem Anschlusskabel 11' anliegendes Spannungssignal festgestellt werden. Das Sensororgan 6 ist in eine als vollständig versenkt in die Wälzlagereinrichtung einbindbare Dichtringstruktur 9 eingebunden. Diese Dichtring- struktur 9 ist derart ausgebildet, dass diese koaxial auf dem Geberring 30 sitzt und diesen umsäumt. Die durch die Dichtringstruktur 9 bereitgestellte Dichtlippe 8b ist so gestaltet, dass diese bereits wieder auf einer Außenum- fangsfläche des Lagerinnenrings 2 aufsitzt.
Es ist möglich, an dem Dichtring 9 mehrere Sensororgane 6 anzuordnen. Weiterhin ist es auch möglich, an dem Geberorganträgerring 30 mehrere Geberorgane 31 , 32 anzuordnen. Es ist möglich, die Umfangspositionen der Geberorgane und der Sensororgane so abzustimmen, dass die Detektion der Relativdrehung der beiden Lagerringe 1 , 2 zueinander mit einer erhöhten Auflösung erfasst werden kann.
Es ist möglich, insbesondere in unmittelbarer Nachbarschaft des Sensororgans 6 eine, beispielsweise als ASIC realisierte Miniaturschaltung vorzusehen, durch welche eine Signalverarbeitung der durch die Geberorgane 31 , 32 und die mit diesen in Wechselwirkung tretenden Sensororgane generierten Messereignisse durchgeführt wird. Im Bereich dieses ASIC können insbesondere auch Schutzschaltungen zur Vermeidung von Schäden an den Sensororganen sowie auch Schaltungen zur Bereitstellung der Messsignale in einem geeigneten Datenformat realisiert sein. Eine weitere Realisierungsmöglichkeit (Figur 8) für ein Low-Cost-Sensorlager auf Basis von Reedkontakten ergibt sich dadurch, dass die Permanentmagnete nicht am Käfig 4, sondern an einem als Innenring 2 des Wälzlagers ausgebildeten zweiten Lagerring befestigt werden. Der Reedkontakt dient als Sensororgan 6 eines Sensorsystems und sitzt auf einem Trägerring 24, welcher an einem als Außenring 1 des Wälzlagers ausgebildeten ersten Lagerring befestigt wird und welcher beispielsweise aus Kunststoff, insbesondere aus einem nicht- magnetischen Material, hergestellt ist, so dass der Trägerring 24 den auf ein Magnetfeld ansprechenden Reedkontakt 6 nicht beeinflusst. Ein weiterer Ring 25, der am Innenring 2 befestigt wird, trägt eine beliebig festzulegende Anzahl von Permanentmagneten als Geberorgan 31. Die Querschnittsansicht von Figur 8 zeigt einen von mehreren Permanentmagneten 31 , der einen seiner beiden Pole (durch die unterschiedliche Farbgebung kenntlich gemacht) dem Reed-Sensor 6 zukehrt. Es versteht sich hierbei, dass alternativ der Reedkontakt auch unmittelbar an dem Außenring 1 angeordnet sein kann, indem dieser direkt an dem Außenring 1 befestigt ist. Es versteht sich weiter, dass der Reedkontakt 6 nicht mittels des Trägerrings 24 an dem Außenring 1 befestigt sein braucht; es kann statt dessen vorgesehen sein, dass der Reedkontakt 6 an einer nach innen weisenden Ausformung des Außenrings 1 angeordnet ist. Unabhängig von der konkreten Befestigung des Reedkontaktes 6 an dem Außenring 1 , sei es unmittelbar oder unter Zwischenschaltung des Trägerrings 24 oder eines vergleichbaren Elemen- tes, können die Permanentmagnete oder allgemein die Geberelemente 31 , auf deren magnetisches Signal der Reedkontakt 6 anspricht, auch unmittelbar an dem Innenring 2 oder an einer Auskragung eines Abschnittes des Innenrings 2 angeordnet sein. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Signalgeber bzw. das Geberelement 31 , speziell der mindestens eine Permanentmagnet, an dem Lagerkäfig 4 angeordnet ist. Es versteht sich ebenfalls, dass der Reedkontakt 6 an dem Innenring 2 angeordnet sein kann, sei es über einen Trägerring, der an dem Innenring 2 befestigt ist, oder über eine unmittelbare Befestigung an dem Innenring 2 oder an einer Ausformung an einem Abschnitt des Innenrings 2. Ist der Reedkontakt 6 an dem Innenring 2 befestigt, kann der mindestens eine Signalgeber 6, speziell der mindestens eine Permanentmagnet, an dem Lagerkäfig oder dem Außenring angeordnet sein, und zwar im Fall des Anordnens an dem Außenring entweder unmittelbar an dem Außenring oder an einem weiteren Ring, der seinerseits an dem Außenring befestigt ist.
In dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel war keine Dichtung vor- gesehen. Es versteht sich, dass zusätzlich eine Dichtung vorgesehen sein kann, die den Trägerring 24 und den weiteren Ring 25 übergreift. Alternativ hierzu kann an dem Trägerring 24 eine Dichtlippe vorgesehen sein, die den Spalt zwischen dem Trägerring 24 und dem weiteren Ring 25 abdeckt.
Es versteht sich ebenfalls, dass der in Figur 8 im Querschnitt dargestellte Trägerring 24, insbesondere auch in der erkennbaren Ausgestaltung des Trägerrings 24, auch an einer in Figur 8 nicht dargestellten Dichtung befestigt sein kann, wozu insbesondere keine oder nur unwesentliche konstruktive Änderungen an der erkennbaren Ausgestaltung des Trägerrings 24 vorge- nommen werden brauchen.
In Figur 7b ist das in Figur 7a in Einzelteile zerlegte Wälzlager in vollständig zusammengebautem Zustand dargestellt. Wie aus dieser Ansicht erkennbar, ist die erfindungsgemäße Wälzlagereinrichtung derart gestaltet, dass weder die das Sensororgan 6 (vgl. Figur 7a) tragende Dichtringstruktur 9, noch die die Geberorgane 31 , 32 tragende Geberringstruktur 30 über eine durch die Stirnflächen des ersten Lagerringes 1 und des zweiten Lagerringes 2 definierte Stirnebene des Wälzlagers hervortreten. Lediglich im Bereich des Anschlusskabels 11 ist bei Verbau dieser erfindungsgemäßen Wälzlagerein- richtung ein zur Herausführung des Kabels 11 hinreichender Kabelführungsraum vorzusehen. Es ist möglich, an dem Außenring 1 eine zur Aufnahme des Anschlusskabels 11 hinreichend tief bemessene Versenkung auszubil- den, sodass das Anschlusskabel 11 im Bereich der Stirnfläche des Lagerau- ßenrings 1 radial nach außen geführt werden kann ohne über die durch die Stirnfläche des Lagerrings 1 definierte Stirnebene überzustehen.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war der Signalgeber durch einen Permanentmagneten, also ein im wesentlichen punktförmiges Magnetfeld, gebildet. Es versteht sich aber, dass auch ein im wesentliches flächiges Magnetfeld als Signalgeber vorgesehen sein kann.
Figur 9 zeigt ein Wälzlager mit einem als ersten Lagerring 2 ausgebildeten Innenring, einem als zweiten Lagerring 1 ausgebildeten Außenring und eine mit dem Außenring 1 verbundene Dichtungseinrichtung 9 sowie ein Sensorsystem. Das Sensorsystem umfasst einen in die Dichtungseinrichtung 9 baulich integrierten Reedkontakt 6 als Sensororgan und einen Encoderring 26, der als Signalgeber ausgebildet ist. Der Encoderring 26 ist kreisringförmig ausgebildet und umfasst entlang seines Umfangs eine Abfolge von zwei o- der mehr flächigen Bereichen, wobei die Magnetisierung je zweier benachbarter flächiger Bereiche unterschiedlich ist; eingeschlossen den Fall, dass einer der Bereiche des Encoderrings keine Magnetisierung aufweist. Der Encoderring 26 ist an dem Innenring 2 befestigt und weist einen Abstand zu dem Außenring 1 , der Dichtungseinrichtung 9 sowie zu dem Lagerkäfig 4 auf. Der Encoderring 26 ist im wesentlichen mittig in dem Bahnraum B zwischen den beiden Lagerringen 1 , 2 angeordnet, so dass die magnetisierten Bereiche des Encoderrings 26 einen nur kurzen Abstand zu dem Reedkon- takt 6 aufweisen. Es versteht sich, dass der Encoderring 26 auch an dem Außenring 1 angeordnet sein kann, wenn der Reedkontakt 6 oder allgemeiner das Sensororgan des Sensorsystems an dem Innenring oder an der mit dem Innenring verbundenen Dichtungseinrichtung angeordnet ist. Es versteht sich weiter, dass der Encoderring 26 entweder unmittelbar an dem La- gerring 1 oder 2 angeordnet sein kann, oder mittelbar, unter Zwischenschaltung eines Trägerrings. Fig. 10 zeigt eine Hälfte eines Lagerkäfigs 4, der als Kunststoffschnappkäfig ausgebildet ist. An eine Stirnfläche des Korpus des Lagerkäfigs 4 ist eine Encoderscheibe 26 befestigt. Die Encoderscheibe 26 ist als Kreisring ausgebildet, der eine umlaufende Abfolge von Ausnehmungen, speziell Ausstan- zungen von annähernd rechteckigen Umriss, aufweist, wobei die Ausstanzungen kreissektorförmig ausgebildet sind. Die Encoderscheibe 26 ist an der Stirnfläche des Korpus des Lagerkäfigs 4 durch Kleben befestigt. Es versteht sich, dass das Korpus der Encoderscheibe 26 an deren Außenrand eine umlaufende Wulst umfassen kann, die in eine an dem Korpus des Lagerkä- figs 4 ebenfalls umlaufend vorgesehene Nut eingreift, um derart die Encoderscheibe 26 an dem Korpus des Lagerkäfigs 4 zu befestigen.
Es versteht sich, dass die Encoderscheibe 26 auch durch Stecken, Clipsen oder - bei der Herstellung des Korpus des Lagerkäfigs 4 durch Formgebung eines Kunststoffs - durch Umspritzen in das Korpus des Lagerkäfigs 4 eingebracht oder auf andere Weise an dem Lagerkäfig 4 befestigt sein kann. Ist der Lagerkäfig 4 aus Kunststoff ausgebildet, kann die Stirnfläche bzw. der Rücken des Lagerkäfigs 4 aus einem magnetisierbaren Kunststoff ausgebildet sein und derart eine Encoderscheibe ausbilden.
Fig. 11 zeigt einen ebenfalls als Kunststoffschnappkäfig ausgebildeten Lagerkäfig 4, an dessen Stirnfläche 27 die Encoderscheibe 26 befestigt ist. Das Befestigen der Encoderfläche kann durch ein Aufpressen der Encoderscheibe 26 auf die Stirnfläche 27 des Lagerkäfigs 4 durchgeführt werden, wobei sich die Encoderscheibe 26 abschnittsweise seitlich über eine Kante der Stirnfläche 27 schiebt. Das Sensororgan ist als Reedsensor 6 ausgebildet, der in eine Dichtungseinrichtung 9 baulich integriert ist. Die Dichtungseinrichtung 9 ist mit dem ersten Lagerring 1 , hier dem Außenring, verbunden, so dass sich die Encoderscheibe 26 bei Betrieb des Wälzlagers relativ zu dem als Sensororgan der Sensoreinrichtung ausgebildeten Reedsensor 6 beweglich ist. Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Anstelle der Erfassung des Vorbeilaufs entsprechender Geberstrukturen an dem jeweiligen Sensororgan ist es auch möglich, das Sensororgan so zu gestalten, dass durch dieses die Ausrichtung eines durch die Geberorgane 31 bzw. 32 generierten magnetischen Feldes im Bereich der Wälzlagereinrichtung detektiert werden kann, wobei Änderungen der Orientierung dieses magnetischen Feldes, wie sie bereits bei kleinen Relativdrehungen der Lagerringe 1 , 2 zueinander auftreten, bereits durch das Sensororgan erfasst werden können ohne dass die Geberstrukturen sich in unmittelbarer Nähe des Sensororgans 6 befinden müssen.
Die Sensororgane 6 können konstruktiv auch so gestaltet sein, dass diese als äußerst flache Baugruppen ausgeführt sind, sodass sich auch im Bereich der Montagestellen der Sensororgane an dem Dichtscheibenelement keine erhebliche axiale Verdickung des Dichtscheibenelementes ergibt.
Anstelle der hier angegebenen Anschlusskabel zur Ermöglichung eines Abgriffs der über die erfindungsgemäßen Sensororgane erhobenen Messsignale ist es auch möglich, einen Signal- oder Informationstransfer in anderweiti- ger Weise vorzunehmen. Es ist auch möglich, in die erfindungsgemäße Dichtscheibeneinrichtung eine elektronische Schaltung einzubinden, die als solche als Zählorgan zur Zählung der Lagerdrehung oder als Datenspeicher zur anderweitigen Aufzeichnung, insbesondere verschleißrelevanter Messgrößen dient. Die durch diese Datenträgereinrichtung aufgezeichneten In- formationen können nach Ausbau des erfindungsgemäßen Wälzlagers oder durch eine anderweitige geeignete Leseeinrichtung, insbesondere auch auf optischem Wege ausgelesen werden.
Erfindungsgemäß gestaltete Wälzlagereinrichtungen, insbesondere abge- dichtete Rillenkugellager mit integriertem Sensor stützen rotierende Wellen ab und messen zusätzlich relative Bewegungen der beiden Lagerringe. Erfasst werden insbesondere Drehzahl und Drehrichtung. Hieraus können Drehbeschleunigung und Anzahl der Umdrehungen abgeleitet werden. Diese Informationen können steuerungs- und regelungstechnisch verarbeitet werden um Anlagen und Geräte elektronisch überwachen und automatisch betreiben zu können. Typische Anwendungsfälle für erfindungsgemäß gestalte- te Wälzlager mit integriertem Sensor sind Elektromaschinen, speziell frequenzgesteuerte Asynchron-Drehstrommaschinen, Getriebe, z. B. in Werkzeugmaschinen, Getriebemotoren Geräte der Fördertechnik, z. B. Aufzüge, Fahrtreppen, Förderbänder, Gabelstaplerantriebe, Textil- und Verpackungsmaschinen.
Auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes wird es möglich, bei geringstem Bauraumbedarf auf kostengünstigem Wege die Rotationen der Lagerkomponenten zu erfassen. Durch die erfindungsgemäß ermöglichte kostengünstige Sensorlösung, die zugleich keinen zusätzlichen Bauraum als den Standardbauraum des Wälzlagers benötigt und welche leicht zu montieren ist (d.h. auch nachträglich), können neue Anwendungen, insbesondere im Konsumgüterbereich erschlossen werden. Vorzugsweise wird zur Drehzahlerfassung ein Reedkontakt als Sensor verwendet wird. Der Reedkontakt besteht beispielsweise aus einem vakuumierten oder mit Schutzgas gefüllten Glaskolben, in welchen zwei ferromagnetische Kontaktzungen eingegossen sind. Die Enden der Kontaktzungen ragen aus dem Kolben und dienen als Anschlüsse. Der Kontakt wird über die beiden (Löt-) Anschlüsse an einen Schaltkreis angeschlossen und besitzt dort die Funktion eines Schalters. Durch Annäherung eines Magneten werden die beiden Kontaktzungen zu- sammengeführt, so dass der Stromkreis geschlossen und ein Spannungsimpuls messbar wird.
Für die Lösungsmöglichkeiten nach den Figuren 1 bis 6 gilt, dass die Magnete, die zum Ansteuern der Kontakte verwendet werden auf dem Lagerkäfig positioniert sind. Dies hat den Vorteil, dass die Lebensdauer des Sensors maximiert werden kann, da die eigentliche Drehzahl des Lagers um einen bestimmbaren Faktor höher ist als die Käfigdrehzahl. Über die Anzahl der verwendeten Magnete lässt sich die Messgenauigkeit des Sensorlagers regulieren. Des weiteren werden bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 6 die Reedkontakte in oder an einer Lagerdichtung befestigt, wodurch eine einfache und schnelle Montage und Demontage gewährleistet ist. Der Reedkontakt und die beiden Anschlusskabel werden vorzugsweise vollständig in die Armierung der Lagerdichtung integriert (z.B. durch Spritzgießen). Anschließend wird die Armierung mit einem Elastomermantel überzogen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 werden der Reedkontakt und die Anschlusskabel nicht vollständig in die Armierung integriert, sondern lediglich in eine dafür vorgesehene Nut eingelegt und anschließend mit dem Elastomermantel umschlossen. Die Armierung muss somit nicht aus Kunststoff gegossen werden, sondern kann auch bspw. als Blechumformteil aus- geführt werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war das Geberelement bzw. der Signalgeber, speziell also der mindestens eine Permanentmagnet bzw. die Encoderscheibe 26, von dem mindestens einen Wälz- körper 3 der Wälzlagereinheit baulich getrennt. Es versteht sich aber, dass der mindestens eine Wälzkörper 3 selbst als Signalgeber bzw. Geberelement ausgebildet sein kann, indem der Wälzkörper 3 eine Magnetisierung aufweist, die der Reedkontakt bzw. allgemeiner das Sensororgan 6 erfasst. Die Magnetisierung des Wälzkörpers 3 kann dadurch ausgebildet sein, dass ein Permanentmagnet an oder in den Wälzkörper 3 baulich integriert ist. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dem mindestens einen Wälzkörper 3 eine Magnetisierung aufzuprägen, da in vielen Fällen Wälzkörper aus einem magnetisierbaren Material ausgebildet sind bzw. magnetische Eigenschaften bereits aufweisen. In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war das Geberelement bzw. der Signalgeber durch einen Permanentmagneten ausgebildet, durch ein Element also, das an das zugeordnete Lagerbestandteil, Innenbzw. Außenring oder Lagerkäfig, hinzugefügt wurde. Es versteht sich aber, dass auch das Korpus des betreffenden Lagerbestandteiles, also das Korpus des Innenrings oder Außenrings oder des Lagerkäfigs abschnittsweise selbst eine Magnetisierung aufweisen kann, so dass es nicht mehr erforderlich ist, ein zusätzliches Element als Signalgeber an das jeweilige Korpus anzubringen. Auf diese Weise lassen sich Unwuchten, die beispielsweise bei schnellem Lauf des Lagers auftreten können, oder eine sich mit der Zeit lösende Befestigung des Geberelementes bzw. des Signalgebers, vermeiden. Dem Korpus des Innen- bzw. Außenrings oder des Lagerkäfigs kann beispielsweise eine abschnittsweise Magnetisierung aufgeprägt werden, indem ein kurzer, starker Stromimpuls den Abschnitt durchsetzt, so dass der Strom- impuls ein Magnetfeld erzeugt, das in dem Abschnitt das magnetisierbare Material des Korpus magnetisiert. Es versteht sich dabei, dass die bleibende Magnetisierung des Abschnitts des Korpus des jeweiligen Lagerbestandteils auch auf andere Weise erzeugt werden kann. Beispielsweise kann für einen Lagerkäfig, der aus Kunststoff hergestellt ist, bei dessen Herstellung ab- schnittsweise magnetisches Material in den Kunststoff eingelagert werden. Alternativ hierzu kann bei einem aus Keramik hergestellten Lagerkäfig bzw. Lagerring magnetisches Material abschnittsweise einem Sinterpulver zugefügt sein, und der Lagerkäfig bzw. der Lagerring durch ein Verpressen des Sinterpulvers hergestellt werden. Auch dem Wälzkörper, sofern dieser als Signalgeber bzw. Geberelement ausgebildet ist, lässt sich auf diese Weise eine Magnetisierung aufprägen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasste jedes Sensorsystem jeweils ausschließlich Reedkontakte. Es versteht sich, dass das Sensorsystem zusätzlich zu dem mindestens einen Reedkontakt auch ein anderes ein Magnetfeld nachweisendes Sensorelement umfassen kann, beispielsweise einen oder mehrere Hall-Sensoren oder Förster-Sensoren. Da der Reedkontakt ein Signal einen geschlossenen oder offenen Stromkreis als Ausgangssignal liefert, also nur zwei Zustände, kann es vorteilhaft sein, wenn ein weiterer Sensor wie ein Hall-Sensor für den Fall, dass der Reedkontakt einen geschlossenen Stromkreis anzeigt, den Betrag des Mag- netfeldes ermittelt, insbesondere an der Stelle, an der der Reedkontakt das Magnetfeld gemessen hat. Es ist damit insbesondere möglich, zwei oder mehr Signalgeber derart auszugestalten, dass jeder Signalgeber ein unterschiedliches Magnetfeld aufweist, wobei jedes einzelne der Magnetfelder so bemessen ist, dass es durch den Reedkontakt erfassbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte räumliche Auflösung in dem Wälzlager erzielen.

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlagereinrichtung mit: einem ersten Lagerring (1), einem zweiten Lagerring (2),
Wälzkörpern (3), die in einem zwischen diesen beiden Lagerringen (1 , 2) definiertem Bahnraum (B) aufgenommenen sind, einer Käfigeinrichtung (4) zur Separierung der Wälzkörper (3), und einem Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung des Innenrings (2) gegenüber dem Außenring (1) in Bezug stehenden Sensorsignales, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem derart gestaltet ist, dass das genannte Sensorsignal auf Grundlage eines Wechselwirkungseffektes zwischen einem Signalabgriffsorgan (6) und einer gemeinsam mit der Käfigeinrichtung (4) umlaufenden Struktur erhoben wird.
2. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Signalabgriffsorgan (6) in einen Lagerdeckelring eingebunden ist.
3. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerdeckelring am Außenring (1) fixiert ist.
4. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerdeckelring am Lagerinnenring (2) fixiert ist.
5. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerdeckelring als Lagerdichtung ausgeführt ist.
6. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerdeckelring als flache Lagerdichtungslamelle mit integralen Dichtlippen ausgeführt ist.
7. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensororgan (6) derart in den Lagerdeckelring eingebunden ist, dass dieses in axialer Richtung nicht über den Stirnflächenbereich des Lagers hervorkragt.
8. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensororgan (6) derart ausgebildet ist, dass die mit dem Käfig (4) umlaufende Struktur auf Grundlage elektromagnetischer und/oder feldelektrischer Wechselwirkungseffekte erfasst wird.
9. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Käfigeinrichtung (4) umlaufende Struktur integralen Bestandteil der Käfigeinrichtung bildet.
10. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Käfigeinrichtung (4) umlaufende Struktur durch ein in die Käfigeinrichtung (4) eingesetztes Element gebildet ist.
11. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jenes in die Käfigeinrichtung (4) eingesetzte Element aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist.
12. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass jenes in die Käfigeinrichtung (4) eingesetzte Element ein Permanentmagnetelement (12) ist.
13. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Käfigeinrichtung (4) umlaufende Struktur als Encoderscheibe (26) ausgebildet ist.
14. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Encoderscheibe (26) an einer Stirnfläche des Korpus des Lagerkäfigs (4) befestigt ist.
15. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus des Lagerkäfigs (4) aus Kunststoff besteht.
16. Wälzlagereinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkäfig oder die Käfigeinrichtung (4) als Schnappkäfig ausgebildet ist.
17. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensororgan (6) einen Reedkontakt umfasst.
18. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensororgan (6) eine Induktionsspuleneinrichtung umfasst.
19. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensororgan (6) eine Hall-Effekt Sensorstruktur umfasst.
20. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in das Wälzlager eine ASIC-Schaltung eingebunden ist, zur Bewerkstelligung einer signaltechnischen Vorverarbeitung der erfassten Detektionsereignisse.
21. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die ASIC-Schaltung einen Operationsverstärker umfasst.
22. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die ASIC-Schaltung eine Schutzschaltung umfasst.
23. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die ASIC-Schaltung das Ausgangssignal in einem BUS-Format bereitstellt.
24. Wälzlagereinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem mehrere Sensororgane (6) umfasst.
25. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangswinkelabstand der Sensororgane (6) gegenüber dem Umfangswinkelabstand der erfassten Strukturen so abgestimmt ist, dass die Relativbewegung der erfassten Strukturen gegenüber den Sensororganen mit einer erhöhten Auflösung abgewickelt werden kann.
26. Lagerkäfig oder Käfigeinrichtung (4) für eine Wälzlagereinrichtung, gekennzeichnet durch eine Encoderscheibe (26), die an dem Korpus des Lagerkäfigs oder der Käfigeinrichtung (4) befestigt ist.
27. Lagerkäfig oder Käfigeinrichtung (4) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Encoderscheibe (26) an einer Stirnfläche des Korpus befestigt ist.
28. Lagerkäfig oder Käfigeinrichtung (4) nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus des Lagerkäfigs oder der Käfigeinrichtung (4) aus einem nicht-magnetischen Material, insbesondere aus Kunststoff, besteht.
29. Lagerkäfig oder Käfigeinrichtung (4) nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Korpus des Lagerkäfigs (4) ein Schnappkäfig mit zwei Hälften ist, und dass die Encoderscheibe (26) an einer der Hälften des Schnappkäfigs befestigt ist.
30. Wälzlagereinrichtung mit: einem ersten Lagerring (1), einem zweiten Lagerring (2),
Wälzkörpern (3) die in einem zwischen diesen beiden Lagerringen (1 , 2) definiertem Bahnraum (B) aufgenommenen sind, einer Käfigeinrichtung (4) zur Separierung der Wälzkörper (3), einer Dichtungseinrichtung (9) zur Abdichtung des Bahnraumes gegenüber einem Lageraußenbereich und einem Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung des Innenrings gegenüber dem Außenring in Bezug stehenden Sensorsignales, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (9) als flache Ringscheibe ausgebildet ist die als solche derart in die Wälzlagereinrichtung eingebunden ist, dass diese nicht über eine durch die Stirnfläche des äußeren Lagerrings (1) hervorsteht, und dass die Sensoreinrichtung ein Sensororgan (6) aufweist das in jene Dichtungseinrichtung eingebunden ist.
31. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung ein Ringelement (30) und ein in dieses eingebundenes Geberorgan (31 , 32) aufweist.
32. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement (30) derart ausgebildet ist, dass dieses auf eine an dem Lagerinnenring (2) ausgebildete Ringstufe (2a) aufsetzbar ist.
33. Wälzlagereinrichtung, umfassend einen Innenring (2), einen Außenring (1), und ein Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung von dem Innenring (2) und dem Außenring (1) in Bezug stehenden Sensorsignals, wobei das Sensorsystem mindestens einen Permanentmagneten als Signalgeber (31 ) und einen Reedkontakt (6) als Sensororgan des Sensorsystems aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Permanentmagnet (31) an dem Innenring (2) befestigt ist, und dass der Reedkontakt (6) auf einem an dem Außenring (1) befestigten Trägerring (24) befestigt ist.
34. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Innenring (2) ein weiterer Ring (25) befestigt ist, und dass der mindestens eine Permanentmagnet (31 ) an dem weiteren Ring (25) befestigt ist.
35. Wälzlagereinrichtung, umfassend: einen ersten Lagerring (1), einen zweiten Lagerring (2), mindestens einen Wälzkörper (3), der in einem zwischen diesen beiden Lagerringen (1 , 2) definiertem Bahnraum (B) aufgenommenen ist, und ein Sensorsystem zur Generierung eines mit der Relativdrehung des ersten Lagerings (2) gegenüber dem zweiten Lagerring (1) in Bezug stehenden Sensorsignales, wobei das Sensorsystem ein Sensororgan (6) und einen Signalgeber (31) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensororgan (6) mindestens einen Reedkontakt umfasst, und dass der mindestens eine Reedkontakt ein magnetisches Signal des Signalgebers (31 ) als Sensorsignal erfasst.
36. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagereinrichtung weiter eine Dichtungseinrichtung (9) umfasst, und dass der mindestens eine Reedkontakt an der Dich- tungseinrichtung (9) angeordnet ist.
37. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Reedkontakt (6) an einem der beiden Lagerringe (1 , 2) befestigt ist.
38. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass an dem einen der beiden Lagerringe (1) ein Trägerring (24) befestigt ist, und dass der mindestens eine Reedkontakt (6) an dem Trägerring (24) befestigt ist.
39. Wälzlagereinrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (31) an dem anderen der beiden Lagerringe (2) angeordnet ist.
40. Wälzlagervorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der andere (2) der beiden Lagerringe (1 , 2) einen weiteren Ring (25) umfasst, und dass der Signalgeber (31) an dem weiteren Ring
(25) befestigt ist.
41. Wälzlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager einen Lagerkäfig (4) umfasst, und dass der Signalgeber an dem Lagerkäfig (4) angeordnet ist.
42. Wälzlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (31) durch mindestens einen
Permanentmagneten ausgebildet ist.
43. Wälzlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber durch mindestens einen mag- netisierten Abschnitt des Innenrings (2), des Außenrings (1) oder der
Lagerkäfigs (4) ausgebildet ist.
44. Wälzlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Wälzkörper (3) als Sig- nalgeber ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Wälzkörper (3) eine Magnetisierung aufweist, die von dem Reedkontakt (6) erfassbar ist.
45. Wälzlagervorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 41 , dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber durch eine Encoderscheibe
(26) ausgebildet ist.
46. Verwendung eines Reedkontaktes (6) als Sensororgan in einem Sensorsystem eines Wälzlagers, wobei das Sensorsystem eine Relativbewegung der Lagerringe (1 , 2) des Wälzlagers erfasst.
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