EP2564084A2

Roller bearing arrangement with an angle sensor

Abstract

A roller bearing arrangement (1) with an angle sensor (3) comprises a roller bearing (2) with which an angle sensor (3) which operates according to the principle of variable reluctance, which is embodied as an absolute value signal transmitter and which has a sensor ring (9) which is connected in a rotationally fixed fashion to one of the bearing rings (4, 5) of the roller bearing (2) and a measuring scale (10) which is connected in a rotationally fixed fashion to the second bearing ring (5, 4) and is embodied as a ring, wherein coils (21, 22, 23), specifically at least one transmission coil (21) and at least one reception coil (22, 23), are arranged on the sensor ring (9), and the transmission coil (21) has an axis of symmetry which is identical to the rotational axis (R) and is arranged in an annular metallic pot core (11) which has a U-shaped cross section and is concentric with respect to the rotational axis (R) of the roller bearing (2), and a reception coil (22, 23) is arranged partially inside and partially outside the pot core (11).

Term

4.6 yearsto projected expiry

Projected expiry 26 April 2031, counted from filing; an application has no term until it is granted.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Published
  4. Today
  5. Projected expiry

22 claims: 3 independent, 19 dependent

  1. 1
    Claims of equivalent WO 2011134955 A2 Patentansprüche Wälzlageranordnung (1 ) mit einem Winkelsensor (3), umfassend - ein Wälzlager (
  2. 2
    2) mit zwei zu einer Rotationsachse (R) konzentrischen Lagerringen (4,5), nämlich einem Innenring (4) und einem Außenring (5), wobei zwischen den Lagerringen (4,5) Wälzkörper (6) angeordnet sind, - einen mit dem Wälzlager (2) gekoppelten, zur Detektion der Winkelstellung des ersten Lagerrings (4) relativ zum zweiten Lagerring (5) vorgesehenen Winkelsensor (3), welcher - einen mit einem der Lagerringe (4,5) verbundenen Sensorring (9) und eine drehfest mit dem zweiten Lagerring (5,4) verbundene Maßverkörperung (10) aufweist, wobei - auf dem Sensorring (9) Spulen (21 ,22,23), nämlich mindestens eine Sendespule (21) und mindestens eine Empfangsspule (22,23), angeordnet sind, wobei ein Signal über einen magnetischen Kreis zwischen der Sendespule (21 ) und der Empfangsspule (22,23) übertragbar und durch die Maßverkörperung (10) eine variable Reluktanz in dem magnetischen Kreis gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Sendespule (21 ) die Rotationsachse (R) umschließt und in einem einen Teil des magnetischen Kreises bildenden, einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden, ringförmigen, zur Rotationsachse (R) konzentrischen, mit einem der Lagerringe (4,5) verbundenen Schalenkern (1 1 ) angeordnet ist, - die Maßverkörperung (10) als Ring ausgebildet ist, welcher eine magnetisch leitende Verbindung zwischen Schenkeln (12, 14) des U-förmigen Schalenkerns (1 1 ) bildet, - eine Empfangsspule (22,23) teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Schalenkerns (1 1 ) angeordnet ist. Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule (21 ,22,23) als gedruckte Schaltung ausgebildet ist.
  3. 3
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Empfangsspulen (22,23), nämlich jeweils durch mehrere Windungen (28,29) gebildete Sinus-Spulen (22) und Cosinus-Spulen (23), vorgesehen sind, wobei die Windungen (28) der Sinus- Spulen (22) beziehungsweise die Windungen (29) der Cosinus-Spulen (29) alternierend auf aneinanderliegenden Layern (27) einer als Mulitlayer-Leiterplatte (24) ausgebildeten gedruckten Schaltung angeordnet sind.
  4. 4
    Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Layer (27) zwei jeweils aus mehreren ineinander liegenden Windungen (28) aufgebaute Windungsanordnungen einer Sinus-Spule (22) beziehungsweise zwei jeweils aus mehreren ineinander liegenden Windungen (29) aufgebaute Windungsanordnungen einer Cosinus-Spule (23) angeordnet sind.
  5. 5
    Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Empfangsspulen (22,23), nämlich jeweils durch mehrere Windungen (28,29) gebildete Sinus-Spulen (22) und Cosinus-Spulen (23), vorgesehen sind, wobei Windungen (28) der Sinus- Spulen (22) sowie Windungen (29) der Cosinus-Spulen (29) auf einem gemeinsamen Layer (27) einer als Mu- litlayer-Leiterplatte (24) ausgebildeten gedruckten Schaltung angeordnet sind.
  6. 6
    Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Layer (27) zwei Windungen (28) einer Sinus-Spule (22) sowie zwei Windungen (29) einer Cosinus-Spule (23) angeordnet sind.
  7. 7
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine an die Spulen (21 ,22,23) angeschlossene Ansteuer- und Auswerteeinheit (31 ), welche außerhalb des Winkelsensors (3) angeordnet ist.
  8. 8
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (2) als Radiallager ausgebildet ist, wobei der Sensorring (9) mit dem Außenring (5) als erstem Lagerring und die Maßverkörperung (10) in Form eines zur Rotationsachse (R) exzentrischen Rings mit dem Innenring (4) als zweitem Lagerring verbunden ist.
  9. 9
    Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (2) als Radiallager ausgebildet ist, wobei der Sensorring (9) mit dem Außenring (5) als erstem Lagerring und die Maßverkörperung (10) in Form eines zur Rotationsachse (R) konzentrischen, nicht parallele Deckflächen aufweisenden Rings mit dem Innenring (4) als zweitem Lagerring verbunden ist.
  10. 10
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorring (9) sowohl auf seiner radial inneren Seite als auch auf seiner radial äußeren Seite eine exzentrische Kontur aufweist.
  11. 11
    1 1. Wälzlageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalenkern (1 1 ) an seinem radial äußeren U- Schenkel (12) mehrfach durchbrochen ist.
  12. 12
    Wälzlageranordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schalenkern (1 1 ) von einem Halteelement (17) radial umgeben ist, welches am Außenring (5) befestigt ist.
  13. 13
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (17) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
  14. 14
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (17) radial von einem Stützring (19) aus Metall umge- ben ist, welcher eine Stirnseite des Außenrings (5) kontaktiert.
  15. 15
    Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (19) den Schalenkern (1 1 ) in Axialrichtung überragt, wobei der Stützring (19) in seinem den Schalenkern (1 1 ) überragenden Bereich eine von seinem Umfang radial nach innen abknickende Befestigungslasche (32) zur Halterung eines an den Sensorring (9) angeschlossenen Kabels (30) aufweist.
  16. 16
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (19) den Schalenkern (1 1) in Axialrichtung überragt, wobei der Stützring (19) an seinem Umfang eine Aussparung (33) aufweist, durch welche eine einstückig mit dem Schalenkern (1 1) ausgebildete, streifenförmige Kabel- halterung (34) radial nach außen ragt.
  17. 17
    Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere U-Schenkel (12) des Schalenkerns (1 1 ) radial außerhalb des Innenrings (4) und der radial innere U-Schenkel (14) des Schalenkerns (1 1) radial innerhalb der durch den Innenring (4) gebildeten Laufbahn (15) der Wälzkörper (6) angeordnet ist.
  18. 18
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem radial inneren U-Schenkel (14) des Schalenkerns (1 1 ) und einer Stirnseite des Innenrings (4) ein Dichtspalt (16) gebildet ist.
  19. 19
    Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine zwischen den Schenkeln (12, 14) des U-förmigen Schalenkerns (11 ) angeordnete Distanzscheibe (38) aus einem nichtmagnetischen Material.
  20. 20
    Wälzlageranordnung (1 ) nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch ein radial außerhalb des Schalenkerns (1 1) angeordnetes, den äußeren U-Schenkel (12) gegen die Distanzscheibe (38) drückendes Federelement (39).
  21. 21
    Sensoranordnung mit einem Winkelsensor (3), umfassend einen eine Rotationsachse (R) umschließenden Sensorring (9) und eine relativ zu diesem rotierbare Maßverkörperung (10), wobei - auf dem Sensorring (9) Spulen (21 ,22,23), nämlich mindestens eine Sendespule (21 ) und mindestens eine Empfangsspule (22,23), angeordnet sind, wobei ein Signal über einen magnetischen Kreis zwischen der Sendespule (21 ) und der Empfangsspule (22,23) übertragbar und durch die Maßverkörperung (10) eine variable Reluktanz in dem magnetischen Kreis gegeben ist, - die Sendespule (21 ) in einem einen Teil des magnetischen Kreises bildenden, einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden, ringförmigen, zur Rotationsachse (R) konzentrischen Schalenkern (1 1 ) angeordnet ist, - die Maßverkörperung (10) als Ring, welcher den magnetischen Kreis zwischen den Schenkeln (12,14) des U-förmigen Schalenkerns (11) schließt, ausgebildet ist, - eine Empfangsspule (22,23) teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Schalenkerns (11) angeordnet ist.
  22. 22
    Verfahren zur Montage einer Wälzlageranordnung (1) mit einem Winkelsensor (3), mit folgenden Schritten:- ein als Radiallager ausgebildetes Wälzlager (2) mit zwei Lagerringen (4,5), nämlich einem Innenring (4) und einem Außenring (5), wobei in jedem Lagerring (4,5) eine einer Wälzkörperlaufbahn (15) benachbarte, umlaufende Nut (18) ausgebildet ist, wird bereitgestellt, - ein zur Rotationsachse (R) des Wälzlagers (2) exzentrischer, als Maßverkörperung (10) fungierender Ring wird in die umlaufende Nut (18) des Innenrings (4) eingeschnappt, - ein als Kunststoffspritzgussteil ausgebildetes Halteelement (17) wird in einen Stützring (19) aus Metall, dessen Außendurchmesser höchstens dem Außendurchmesser des Außenrings (5) des Wälzlagers (2) entspricht, eingesetzt, - das Halteelement (17) wird in die umlaufende Nut (18) des Außenrings (5) eingeschnappt, wobei der Stützring (19) an einer Stirnseite des Außenrings (5) anschlägt, - ein als gedruckte Schaltung ausgebildeter, zur Durchführung einer Winkelmessung nach dem Prinzip der variablen Reluktanz vorgesehener Sensorring (9), auf welchem Spulen (21 ,22,23), nämlich mindestens eine Sendespule (21) und mindestens eine Empfangsspule (22,23), angeordnet sind, wird auf das Halteelement (17) derart aufgesteckt, dass er sich teilweise in einem ringförmigen, dem Halteelement (17) benachbarten, Spalt (20) radial unmittelbar innerhalb des Stützrings (19) und teilweise radial innnerhalb des Halteelementes (17) befindet, wobei zwischen dem Innenumfang des Halteelementes (17) und den radial innerhalb des Halteelementes (17) angeordneten Teilen des Sensorrings (9) Abschnitte eines Ringraums beschreibende Schlitze (26) verbleiben, - ein ringförmiger, im Querschnitt U-förmiger, zur Stirnseite des Wälzlagers (2) hin offener Schalenkern (11 ) aus einem ferromagnetischen Werkstoff, der ebenso wie der exzentrische Ring (10) eine Komponente eines magnetischen Kreises bildet, wird in Axialrichtung auf die Anordnung aus Halteelement (17), Stützring (19) und Sensorring (9) aufgeschoben und mit dieser verschnappt, wobei ein radial außen angeordneter U-Schenkel (12) des Schalenkerns (1 1), am Innenumfang des Halteelements (17) anliegend, in die an dieses grenzenden Schlitze (26) eingreift, während ein innerer U-Schenkel (14) des Schalenkerns (1 1 ) vollständig radial innerhalb des Sensorrings (9) angeordnet ist.
Independent claims22