Die Erfindung betrifft ein Sensorlager mit einem Abschirmring mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .

Kombinierte Sensor- und Lagereinrichtungen werden eingesetzt, um in Traktionsmaschinen die Funktionen „Lagern“ und „Messen“ montagegerecht und bauraumoptimiert durchzuführen. Durch die kombinierten Sensor- und Lagereinrichtungen können diese in einem Arbeitsgang montiert werden. Zudem sind diese oftmals kompakter als die Anordnung von einer Messeinrichtung neben einer Lagereinrichtung.

Die Druckschrift WO 2019/063095 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine derartige Sensor- und Lagereinrichtung, wobei der Sensorabschnitt in axialer Richtung neben der Lagereinrichtung angeordnet ist. Die Lagereinrichtung ist beidseitig mit einer Dichtung versehen, so dass der Wälzkörperraum abgeschlossen ist. Aus der Beschreibung ergibt sich, dass die Sensor- und Lagereinrichtung ein elektromagnetisches Element aufweisen kann, wobei das elektromagnetische Element als eine Ringscheibe ausgebildet ist, wobei die Ringscheibe die Sensor- und Lagereinrichtung vor elektromagnetischen Störungen aus der Umgebung schützt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Sensorlager vorzuschlagen, welches eine verbesserte Meßleistung aufweist. Diese Aufgabe wird durch ein Sensorlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Gegenstand der Erfindung ist ein insbesondere ringförmiges Sensorlager, welches für eine Winkelerfassung von einer Welle in einer Traktionsmaschine geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Sensorlager funktioniert insbesondere als ein Resolver, insbesondere als ein Winkelresolver. Besonders bevorzugt ist das Sensorlager ausgebildet, eine absolute Winkelerfassung von einem Drehwinkel der Welle durchführen zu können. Bei weniger bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Sensorlager ausgebildet, eine inkrementelle Winkelerfassung von einem Drehwinkel der Welle durchzuführen. Insbesondere kann aus der Winkelerfassung eine Drehzahl abgeleitet werden.

Das Sensorlager ist für eine Traktionsmaschine von einem Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet. Insbesondere ist die Traktionsmaschine ein Elektroantrieb von dem Fahrzeug. Besonders bevorzugt dient die Traktionsmaschine dazu, ein Hauptdrehmoment für das Fahrzeug bereitzustellen. Bei der Welle kann es sich prinzipiell um eine beliebige Welle in dem Antriebsstrang der Traktionsmaschine zwischen Elektromotor und Fahrzeugrad handeln. Besonders bevorzugt ist die Welle jedoch als eine Rotorwelle ausgebildet. Insbesondere ist die Welle und/oder das Sensorlager in einem insbesondere getriebeölgeschmierten Getrieberaum der Traktionsmaschine angeordnet. Ein optionaler Gegenstand der Erfindung wird durch eine Traktionsmaschine und/oder ein Fahrzeug mit der Traktionsmaschine und mit dem Sensorlager gebildet.

Das Sensorlager weist eine Fixierhülse auf. Die Fixierhülse ist insbesondere als ein Metallbauteil ausgebildet. Die Fixierhülse ist in der Grundform ringförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Fixierhülse einstückig realisiert. Beispielsweise ist die Fixierhülse als ein Blechformteil realisiert. Die Fixierhülse hat zum einen die Funktion Komponenten des Sensorlagers zu umschließen und zum anderen eine Kopplung mit einer Wälzlagereinrichtung zu schaffen.

Das Sensorlager weist eine bzw. die Wälzlagereinrichtung auf. Die Wälzlagereinrichtung weist einen Innenring und einen Außenring sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring und Außenring abwälzende Wälzkörper auf. Bevorzugt sind die Wälzkörper als Kugeln realisiert. Der Außenring ist mit der Fixierhülse insbesondere drehtest verbunden. Bevorzugt weisen der Außenring und die Fixierhülse einen gleichen Außendurchmesser auf. Besonders bevorzugt ist der Außenring in der Traktionsmaschine stationär und/oder drehtest angeordnet bzw. anordbar. Der Innenring ist dagegen mit der Welle verbindbar, insbesondere verbunden. Im Betrieb rotiert somit der Innenring gemeinsam mit der Welle.

Es ist vorgesehen, dass die Wälzlagereinrichtung medienoffen, insbesondere getriebeöloffen, ausgebildet und/oder ölgeschmiert ist. Beispielsweise ist der Wälzkörperraum der Wälzlagereinrichtung auf mindestens einer Seite dichtungsfrei ausgebildet und/oder zur Schmierung mit Getriebeöl geöffnet.

Das Sensorlager weist eine induktive Sensorik zur Winkelerfassung der Welle und/oder des Innenrings auf. Nachdem Welle und Innenring gemeinsam rotieren ist diese Drehzahl gleich. Die Sensorik umfasst eine Platine, wobei auf der Platine mindestens ein Sensor angeordnet ist. Die Platine weist bevorzugt eine Kreisringform auf. Der Sensor wird beispielsweise durch eine Sende- und/oder Empfangsantennenstruktur und einer digitalen Datenverarbeitungseinrichtung, wie z.B. einem ASIC gebildet.

Das Sensorlager umfasst einen Sensorrotor, welcher mit der Welle und/oder mit dem Innenring, bevorzugt mit dem Innenring, drehfest verbunden ist, wobei der Sensor bzw. die Sensorik eine Information des Sensorrotors messen kann. Der Sensorrotor ist zwischen der Sensorik und der Wälzlagereinrichtung angeordnet.

Das Sensorlager weist einen metallischen Abschirmring zur Abschirmung der Sensorik vor Störungen auf. Insbesondere ist der Abschirmring ausgebildet, die Sensorik vor Störungen aus der Umgebung der Wälzlagereinrichtung und/oder des Sensorlagers zu schützen. Der Abschirmring erstreckt sich insbesondere in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse des Sensorlagers. Der Abschirmring ist vorzugsweise als eine konturierte Blechringscheibe ausgebildet.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Abschirmring zwischen den Wälzkörpern und dem Sensorrotor angeordnet ist, um die Sensorik vor Störungen durch die Wälzkörper abzuschirmen.

Während im bekannten Stand der Technik ein derartiger Abschirmring zur Abschirmung von Störungen aus der Umgebung der Sensor- und Lagereinrichtung offenbart wird, so dass dieser gemäß der Offenbarung an dem Lager auf der dem Sensor abgewandten Seite angeordnet werden soll, wird abweichend davon vorgeschlagen, dass erfindungsgemäß der Abschirmring axial zwischen den Wälzkörpern und dem Sensorrotor angeordnet ist und somit die Sensorik vor Störungen durch die Wälzkörper schützt. Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass nicht nur die Umgebung von dem Sensorlager zu Störungen bei der Sensorik führen kann, sondern dass auch die Wälzkörper in der Wälzlagereinrichtung eine Störquelle darstellen. Insbesondere wenn die Wälzkörper gleitend durchrutschen führt dies dazu, dass die relative Winkelstellung zwischen dem Sensorrotor und den aneinandergereihten Wälzkörpern verschoben wird. Nachdem die induktive Sensorik die Induktivität oder deren Güte durch eine Lageänderung relativ zu einem leitfähigen und/oder ferromagnetischen Teil misst, führt eine Änderung der relativen Winkelstellung zwischen dem Sensorrotor und den aneinandergereihten Wälzkörpern zu einer Veränderung in dem Meßsignal. Dadurch, dass der metallische Abschirmring zwischen den Wälzkörpern und dem Sensorrotor angeordnet ist, können die dadurch verursachten Störungen wirksam abgeschirmt werden. Hieraus ergibt sich bei einer Betrachtungsweise eine verbesserte Meßleistung. Bei einer anderen Betrachtungsweise kann der axiale Abstand zwischen dem Sensorrotor und den Wälzkörper verkleinert werden, ohne dass die Störungen durch die Wälzkörper die Messgenauigkeit verschlechtern, so dass über die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein bauraumoptimiertes Sensorlager ohne Dichtung vorgeschlagen wird. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung schließt der Abschirmring einen Wälzkörperraum der Wälzlagereinrichtung ab. Genauer betrachtet ist es bevorzugt, dass der Abschirmring einen Ausgangsringspalt des Wälzkörperraums in axialer Draufsicht radial außen und/oder radialinnen überdeckt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die induktive Detektion der Wälzkörper durch die Sensorik minimiert ist. Insbesondere weist der Abschirmring eine Kreisringform auf.

Konstruktiv ist es bevorzugt, dass der Abschirmring am Außenring festgelegt ist. Nachdem der Außenring in der Anwendung der stationäre Lagerpartner ist, muss der Abschirmring nicht mit rotiert werden, sondern kann ebenfalls stationär verbleiben. Besonders bevorzugt ist der Abschirmring von dem Innenring durch einen Ringspalt beabstandet und/oder ist kontaktlos angeordnet. Der Ringspalt ist dabei so bemessen, dass der Wälzkörperraum in axialer Draufsicht von dem Abschirmring überdeckt ist, der Abstand jedoch bevorzugt größer als zum Beispiel bei einer Öldichtung gewählt ist.

Besonders einfach kann das Sensorlager realisiert werden, wenn der Sensorrotor auf den Innenring aufgeklemmt und/oder aufgepresst ist. Beispielsweise weist der Sensorrotor einen Sensorkragen auf, wobei der Sensorkragen einen axialen Hülsenabschnitt bildet und wobei der Sensorrotor am Innenumfang oder an einem Außenumfang des Innenrings angeordnet ist.

Bevorzugt ist der axiale Abstand zwischen dem Abschirmring und dem Sensorrotor größer als der Abstand zwischen dem Sensorrotor der Sensorik. Diese bevorzugte Ausgestaltung berücksichtigt, dass die Sensorik den Sensorrotor, insbesondere die Sensormarkierungen, messtechnisch erfassen soll, jedoch die Störeinflüsse durch die Wälzkörper minimiert werden sollen. Dadurch, dass der Sensorrotor außermittig zwischen dem Abschirmring und der Sensorik in Richtung der Sensorik angeordnet ist, wird zum einen die messtechnische Erfassung des Sensorrotors durch die Sensorik verbessert und zum andern werden die Störeinflüsse durch die Wälzkörper verkleinert.

Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Abschirmring als ein Kunststoffring mit eingebettetem Metallgewebe oder eingebetteten Metallpartikeln ausgebildet. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Abschirmring als ein Abschirmblech ausgebildet. Somit ist der Abschirmring als ein Blechformteil realisiert, welches zum einen kostengünstig hergestellt werden kann und zum anderen mechanisch in einfacher und bekannter Weise an dem Außenring befestigbar ist. Es ist jedoch bevorzugt, dass bei den Ausgestaltungen keine Öldichtfunktion umgesetzt wird.

Bei einer möglichen Realisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensorrotor Aussparungen aufweist, wobei die Sensorik ausgebildet ist, die Aussparungen als Sensormarkierungen induktiv zu detektieren. Besonders bevorzugt sind die Aussparungen als Randaussparungen realisiert.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Sensormarkierungen und/oder ein Messbereich der Sensorik in dem gleichen radialen Bereich oder zumindest radial überlappend wie der Wälzkörperraum und/oder die Wälzkörper angeordnet. Bei dieser Weiterbildung wird somit für die messtechnische Erfassung der Sensormarkierungen ein größtmöglicher Durchmesser gewählt, so dass die Meßauflösung aufgrund des Durchmessers besonders hoch ist, ohne jedoch die radiale Baugröße des Sensorlagers zu vergrößern. Insbesondere definiert der Außenring einen maximalen Durchmesser auch für die Sensorik.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Diese zeigen: Figur 1 eine schematische dreidimensionale Längsschnittdarstellung von einem Sensorlager als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 2 eine schematische dreidimensionale Darstellung von dem Sensorlager in der Figur 1 , wobei einige Komponenten zeichnerisch unterdrückt sind;

Figur 3 a, b jeweils in einer schematischen, dreidimensionalen Darstellung zwei weitere Ausführungsbeispiele des Sensorlagers.

Die Figur 1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung ein Sensorlager 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es dient zur Winkelerfassung von einer Welle in einer automotiven Traktionsmaschine. Das Sensorlager 1 ist als eine selbsthaltende Baugruppe ausgebildet. Die Welle kann durch eine zentrale Durchgangsöffnung 2 durch das Sensorlager 1 durchgeführt werden. Die Welle und/oder das Sensorlager 1 definiert eine Hauptdrehachse H.

Das Sensorlager 1 weist eine Fixierhülse 3 auf, wobei die Fixierhülse 3 als ein Blechformteil ausgebildet ist. Das Sensorlager 1 weist eine Wälzlagereinrichtung 4, insbesondere Radialwälzlagereinrichtung, mit einem Innenring 5 und einem Außenring 6 sowie eine Mehrzahl zwischen Innenring 5 und Außenring 6 abwälzenden Wälzkörpern 7 ausgebildet als Kugeln auf. Der Innenring 5 kann drehfest mit der Welle verbunden werden. Der Außenring 6 ist mit der Fixierhülse 3 verbunden, um die selbsthaltende Baugruppe zu bilden. Die Fixierhülse 3 ist auf den Außenring 6 aufgeschoben. Hierfür weist dieser eine umlaufende Aufnahmeschulter 9 auf. Beispielsweise kann die Fixierhülse 3 klemmend und/oder aufgepresst auf dem Außenring 6 angeordnet sein.

Das Sensorlager 1 weist eine Sensorik 8 zur Winkelerfassung der Welle und/oder des Innenrings 5 auf, wobei die Sensorik 8 als eine induktive Sensorik ausgebildet ist. Die Sensorik 8 ist in einer Ringform ausgebildet und in der Fixierhülse 3 angeordnet. Die Fixierhülse 3 weist einen Hohlzylinderabschnitt 10 und einen Deckelabschnitt 11 auf. Der Hohlzylinderabschnitt 10 ist koaxial zu der Hauptdrehachse H angeordnet und sitzt zumindest abschnittsweise auf dem Außenring 6. Der Deckelabschnitt 11 ist in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse H, wobei die Sensorik 8 in axialer Richtung an dem Hohlzylinderabschnitt 10 und in axialer Richtung an dem Deckelabschnitt 11 anliegt.

Das Sensorlager weist einen Sensorrotor 12 auf, wobei der Sensorrotor 12 einen Kragenabschnitt 13 und einen Scheibenabschnitt 14 aufweist. Der Kragenabschnitt 13 ist holzylinderförmig ausgebildet und verläuft koaxial zu der Hauptdrehachse H. Der Kragenabschnitt 13 ist mit seinem Außenumfang auf einem Axialabschnitt 15 des Innenrings 5 aufgeschoben, insbesondere aufgepresst, so dass der Sensorrotor 12 mit dem Innenring 5 drehfest verbunden ist. Der Scheibenabschnitt 14 verläuft in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse H und weist Sensormarkierungen 16 auf, welche als Randaussparungen realisiert sind, wie sich dies aus der Figur 2 ergibt. Die Sensormarkierungen 16 befinden sich in einem gleichen oder zumindest überlappenden Durchmesserbereich wie die Wälzkörper 7. Somit befindet sich auch ein Messbereich der Sensorik 8 in dem gleichen oder zumindest überlappenden Durchmesserbereich wie die Wälzkörper 7.

Wie sich aus den Figuren 3 a, b ergibt, weist die Sensorik 8 eine Platine 17 auf, welche in einer geschlossenen Ringform ausgebildet ist. Die Platine 17 ist benachbart zu dem Sensorrotor 12 angeordnet. Die Platine 17 weist mindestens einen Sensor 18 auf, wobei der Sensor 18 eine Sende- und/oder Empfangsantennenstruktur und eine elektrische Datenverarbeitungseinrichtung, wie z.B. einen ASIC aufweisen kann. Der Sensor 18 tastet im Betrieb den Sensorrotor 12 ab, wobei der Sensor 15 auf Basis der Sensormarkierungen 16 eine Winkelposition des Sensorrotors 12 erfassen und damit eine Winkelerfassung für den Innenring 5 und/oder für die Welle durchführen kann. Die Sensorik 8 in der Figuren 1 und 2 kann gleich wie die Sensorik in den Figuren 3a, b aufgebaut sein. Allerdings wurde festgestellt, dass die Wälzkörper 7 eine Störgröße für die Messung der Winkelstellung des Sensorrotors 12 durch die Sensorik 8 darstellen. Die Wälzkörper 7 sind ebenfalls aus Metall gefertigt und werden somit von der Sensorik 8 mitdetektiert. Insbesondere für den Fall, dass die Wälzkörper 7 nicht abrollen, sondern abgleiten, verschiebt sich eine relative Winkelposition zwischen dem Sensorrotor 12 und den aneinandergereihten Wälzkörpern 7, wobei diese Relativverschiebung eine Störgröße für die Sensorik 8 bildet.

Um die Sensorik 8 vor den genannten Störungen durch die Wälzkörper 7 abzuschirmen, weist das Sensorlager 1 einen metallischen Abschirmring 19 auf, wobei der Abschirmring 19 die Form einer metallischen Dichtung einnimmt. Der Abschirmring 19 ist als ein Blechformteil ausgebildet und an dem Außenring 6 festgelegt. Dafür weist der Außenring 6 eine Dichtungsschulter 20 auf, wobei der Abschirmring 19 mit seinem Außenumfang in die Dichtungsschulter 20 eingepresst ist. Der Innenumfang des Abschirmrings 19 ist kontaktfrei, getrennt durch einen Ringspalt, zu dem Innenring 5 angeordnet. Zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit kann der Abschirmring 19 in dem gezeigten Längsschnitt eine Vertiefung zwischen Innenumfang und Außenumfang aufweisen.

Betrachtet man gedanklich den Abschirmring 19 und die Wälzlagereinrichtung 4 in axialer Draufsicht, so überlappt der Abschirmring 19 mit dem Außenring 6. Ferner überlappt der Abschirmring 19 mit dem Innenring 5. Die Wälzlagereinrichtung 4 bildet einen Wälzkörperraum, wobei dieser einen Ausgangsringspalt, insbesondere einen minimalen Ausgangsringspalt aufweist. Es ist vorgesehen, dass der Abschirmring 19 einen größeren Außendurchmesser als der Ausgangsringspalt sowie einen kleineren Innendurchmesser als der Ausgangsringspalt aufweist. Damit wird erreicht, dass ausgehend von der Sensorik 8 mit der Meßrichtung in Richtung der Wälzkörper 7 diese durch den Abschirmring sicher abgeschirmt sind. Durch den metallischen Abschirmring 19 werden die Wälzkörper 7 für die Sensorik 8 quasi ausgeblendet oder verdeckt und stellen damit keine oder zumindest nur verringerte Störgrößen dar.

Die Wälzlagereinrichtung 4 weist ferner einen Käfig 21 zur Führung der Wälzkörper 7 auf, wobei der Käfig 21 einen um laufenden Seitenring 22 aufweist, auf der anderen Seite ist der Käfig 21 seitenringfrei ausgebildet. Der Seitenring 22 ist auf der der Sensorik 8 zugewandten Seite der Wälzkörper 7 angeordnet und bildet eine weitere Abschirmung der Wälzkörper von der Sensorik 8.

Die Wälzlagereinrichtung 4 ist ansonsten dichtungsfrei ausgebildet. Insbesondere ist der Wälzkörperraum der Wälzlagereinrichtung 4 nach außen frei geöffnet. Dies ist notwendig, damit die Wälzlagereinrichtung 4 durch Getriebeöl ausreichend geschmiert werden kann.

Die Figur 2 zeigt eine schematische, dreidimensionale Darstellung das Sensorlager 1 , jedoch ohne die Fixierhülse 3 und die Sensorik 8. Aus der Darstellung sind insbesondere die Sensormarkierungen 16 zu entnehmen, welcher als Randaussparungen ausgebildet sind, wobei die Sensormarkierungen 16 in axialer Draufsicht überlappend mit den Wälzkörpern 7 angeordnet sind. Mit der Positionierung der Sensormarkierungen 16 in den gleichen Durchmesserbereich wie die Wälzkörper 7 wird ein maximaler Durchmesser für die Winkelerfassung über den Sensorrotor 12 und damit eine maximale Winkelauflösung umgesetzt.

Die Figuren 3 a, b zeigen jeweils ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Sensorlagers 1. Aus beiden Darstellungen kann man die Platine 17 mit dem Sensor 18 besser entnehmen, wobei die Platine 17 eine Ringform aufweist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in den vorhergehenden Figuren ist der Sensorrotor 12 über den Kragenabschnitt 13 an dem Innenumfang von dem Innenring 5 festgelegt, wobei dieser eine entsprechende Aufnahmeschulter 9 am Innenumfang aufweist.

Bei dem Ausführungsbeispiel in der Figur 3 a ist die Sensorik 8 in einem Duroplastmantel 23 eingebettet, wobei der Duroplastmantel 23 in der Fixierhülse 3 festgelegt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel in der Figur 3 b weist das Sensorlager 1 einen Sensorträger 24 auf, wobei der Sensorträger 24 in die Fixierhülse 3 eingespritzt ist. Der Sensorträger 24 ist mit einem aufgeschweißten Deckel 25 verschlossen, wobei zwischen dem Sensorträger 24 und dem Deckel 25 ein ringförmiger Aufnahmeraum zur Aufnahme der Sensorik 8 gebildet ist. Beide Sensorlager 1 weisen jeweils einen derartigen Abschirmring 19 auf, welcher an der gleichen Position wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel angeordnet ist und welcher die gleiche Funktion einnimmt.

Bei allen drei Ausführungsbeispielen ist zu erkennen, dass ein Abstand zwischen dem Abschirmring 19 und dem Sensorrotor 12 größer ausgebildet ist als der Abstand zwischen dem Sensorrotor 12 und der Sensorik 8. Diese Gemeinsamkeit unterstreicht nochmals die Idee, das Sensorlager 1 so auszulegen, dass die Erfassung des Sensorrotors 12, insbesondere der Sensormarkierungen 16, möglichst genau erfolgt und die Abschirmung von Störeinflüssen durch die Wälzkörper 7 auch durch einen größeren Abstand zwischen Sensorrotor 12 und Abschirmring 19 verstärkt wird.

Bezuqszeichenliste

Sensorlager

Durchgangsöffnung

Fixierhülse

Wälzlagereinrichtung

Innenring

Außenring

Wälzkörper

Sensorik

Aufnahmeschulter

Hohlzylinderabschnitt

Deckelabschnitt

Sensorrotor

Kragenabschnitt

Scheibenabschnitt

Axialabschnitt

Sensormarkierungen

Platine

Sensor

Abschirmring

Dichtungsschulter

Käfig

Seitenring

Duroplastmantel

Sensorträger

Deckel