Die Erfindung betrifft eine Radnabe zur Lagerung eines Fahrzeugrades auf einer Radachse, mit einem Nabenkörper und einer Wälzlagereinheit zur Lagerung des Nabenkörpers auf einem Achszapfen der Radachse, wobei die Wälzlagereinheit ring- förmige Wälzlager zum Umgreifen des Achszapfens aufweist, die jeweils einen Au- ßenring, einen Innenring und eine Mehrzahl von Wälzkörpern umfassen.

Die Druckschrift DE 10 2014 200 714 A1 beschreibt eine entsprechende Radnabe für (dort als Nutzkraftfahrzeuge bezeichnete) Nutzfahrzeuge.

Für Nutzfahrzeuge wie Lastkraftwagen, Trailer und Busse werden derzeit verschiede- ne Systeme für das Autonome Fahren entwickelt. Für die Steuerung dieser Systeme werden im Wesentlichen fernwirkenden Sensoren wie Radar, Laser, Ultraschall, Ka- mera, etc. verwendet. In Zukunft ist in diesem Zusammenhang ein noch höherer Be- darf an zusätzlichen Sensordaten zu erwarten. Vor allem die Radkräfte sind von Inte- resse, Vibration und Temperatur sollen jedoch auch gemessen werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Radnabe anzugeben, die bei im Wesentlichen gleichem Aufbau diesem erhöhten Bedarf an Sensordaten Rechnung trägt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Radnabe mit den Merk- malen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un- teransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Bei der erfindungsgemäßen Radnabe zur Lagerung eines Fahrzeugrades auf einer Radachse, mit einem Nabenkörper und einer Wälzlagereinheit zur Lagerung des Nabenkörpers auf einem Achszapfen der Radachse, die ringförmige Wälzlager zum Umgreifen des Achszapfens aufweist, die ihrerseits jeweils einen Außenring, einen In- nenring und eine Mehrzahl von Wälzkörpern umfassen, ist vorgesehen, dass die Rad- nabe weiterhin mindestens einen an zumindest einem der Innenringe axial benachbart angeordneten Messring zum Umgreifen des Achszapfens aufweist, wobei dieser Messring zumindest einen Messaufbau zur Dehnungs- und/oder Stauchungsmessung aufweist. Der Messring mit dem zumindest einen Messaufbau zur Dehnungs- und/oder Stauchungsmessung ist eine Art Sensor zur Ermittlung von Radkräften, der sich besonders gut in die Radnabe integrieren lässt. Der Messring ermöglicht es, die Kräfte auf das Radlager (Aufstandskräfte, Rad und Bremskräfte bei Scheibenbrem- sen) zu messen. Da der zumindest eine Messring sich direkt an einen Innenring eines der Wälzlager anschließt, kann man den Messring auch als Teil der Wälzlagereinheit auffassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Messring oder zumin- dest einer der Messringe zwischen den Innenringen der ringförmigen Wälzlager ange- ordnet. Dabei schließt er sich an zumindest einen der Innenringe unmittelbar axial an.

Alternativ oder zusätzlich ist insbesondere vorgesehen, dass sich der Messring oder zumindest einer der Messringe auf einer Radseite der Radnabe an einen der Innen- ringe axial anschließt. Die Radseite ist die Seite der Radnabe, auf der das Fahrzeug- rad an der Nabe montierbar ist und auf der sich das Fahrzeugrad nach der Montage im Wesentlichen auch befindet.

Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass sich der Messring oder zu- mindest einer der Messringe auf einer Getriebeseite der Radnabe an einen der Innen- ringe axial anschließt. Radseite und Getriebeseite sind einander gegenüberliegende Seiten der Radnabe. Die Getriebeseite der Radnabe ist die Seite, von der aus der Achszapfen in die Radnabe eingesteckt werden kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Messaufbau ein Messaufbau zur Dehnungs- und/oder Stauchungsmessung per Dehnungsmessstreifen (DMS) ist. Dehnungsmessstreifen (DMS; englisch strain gau- ge) sind Messeinrichtungen zur Erfassung von dehnenden und stauchenden Verfor- mungen. Sie ändern schon bei geringen Verformungen ihren elektrischen Widerstand und werden als Dehnungssensoren eingesetzt. In der Regel klebt man sie mit Spezi- alkleber auf Bauteile, die sich unter Belastung minimal verformen. Diese Verformung (Dehnung) führt dann zur Veränderung des Widerstands des DMS.

Alternativ oder zusätzlich ist der Messaufbau ein Messaufbau zur Dehnungs- und/oder Stauchungsmessung per Sensotect Dünnschichtsensorik, bei der die Funktionalität der DMS als direkte Beschichtung auf das jeweilige Bauteil realisiert ist.

Alternativ oder zusätzlich ist der Messaufbau ein Messaufbau zur Dehnungs- und/oder Stauchungsmessung per magnetoelastischem Sensor.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der zumin- dest eine Messaufbau an der Oberfläche, insbesondere der äußeren Oberfläche, des Messrings angeordnet.

Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass der zumindest eine

Messaufbau an oder in einem in den Messring integrierten Einlegeteil angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Messaufbau- ten vorgesehen, die am Messring umfänglich verteilt, insbesondere umfänglich gleichmäßig verteilt, angeordnet sind. Insbesondere sind dabei vier Messaufbauten zum Messen der Dehnungen an vier umfänglich verteilten Stellen (auf 12 Uhr, 3 Uhr,

6 Uhr, 9 Uhr) vorgesehen. Alternativ sind zwei Segmente mit entsprechenden Mess- aufbauten vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Radna- be, insbesondere die Wälzlagereinheit der Radnabe, eine Buchse zum axialen Ver- spannen der Innenringe und des zumindest einen Messrings auf. Die Buchse ist be- vorzugt unmittelbar zwischen den Innenringen angeordnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die ringför- migen Wälzlager als Kegelrollenlager ausgebildet. Diese eignen sich besonders zum Aufbau einer Radnabe für Nutzfahrzeuge (Nutzkraftfahrzeuge). Die Wälzkörper dieser Kegelrollenlager sind Rollen in Form eines Kegels. Die Lagereinheit ist insbesondere ein Schrägwälzlager.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer vorstehend genannten Radnabe zur Ermittlung von Daten über auftretende Radkräfte eines Fahrzeugrades beim Fah- ren, insbesondere bei einem autonomen Fahren, des entsprechenden Fahrzeugs. Dieses Fahrzeug ist insbesondere ein Nutzfahrzeug (Nutzkraftfahrzeug), wie Last- kraftwagen, Trailer und Bus.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfol- gend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 : eine Radnabe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2: eine Wälzlagereinheit einer Radnabe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3: eine Wälzlagereinheit einer Radnabe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4: eine Wälzlagereinheit einer Radnabe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 zwei unterschiedliche Anordnungen von Messaufbauten an/in einem Messring und

Fig. 6 den Aufbau eines Messrings mit Ringsegmenten.

Die Fig. 1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Radnabe 10 zur Lagerung eines Fahrzeugrades auf einer Radachse im Halbschnitt (Rad und Radachse nicht gezeigt). Die Radnabe 10 umfasst dabei einen Nabenkörper 12, also die eigentliche Nabe, und eine Wälzlagereinheit 14 zur Lagerung des Nabenkörpers 12 auf einem (nicht gezeig- ten) Achszapfen der Radachse, die durch die gedachte Drehachse A repräsentiert wird. Von dem Nabenkörper 12 ist in Fig. 1 nur ein achsnaher Teil gezeigt. Die Wälzlagereinheit 14 ist als ein zweireihiges Schrägwälzlager aufgebaut und um fasst zwei Wälzlager 16, 18, die im gezeigten Beispiel als Kegelrollenlager 20, 22 ausgebildet und in O-Anordnung angeordnet sind. Jedes der Wälzlager 16, 18 weist einen Außenring 24, eine Mehrzahl von Wälzkörpern 26 sowie einen Innenring 28 auf. Die Außenringe 24 der Wälzlager 16, 18 sind im Nabenkörper 12 der Radnabe 10 eingepasst. Die in einem Wälzkörperkäfig eingesetzten Wälzkörper 26 sind außensei- tig an dem jeweiligen Außenring 24 und innenseitig an dem jeweiligen Innenring 28 geführt und können daran abrollen. Die Wälzkörper 26 sind als Kegelrollen ausgestal- tet. Ein axiales Ende der Radnabe 10 ist ein getriebeseitiges Ende und die entspre- chende Seite ist die Getriebeseite 30 der Radnabe 10. Ein dem getriebeseitigen Ende gegenüberliegendes axiales Ende der Radnabe 10 ist ein radseitiges Ende und die entsprechende Seite ist die Radseite 32 der Radnabe 10.

An einem der Innenringe 28 ist axial benachbart ein Messring 34 angeordnet. Dieser Messring 34 bildet einen Sensor zur Ermittlung von Radkräften über Dehnungs- und Stauchungsmessungen. Im Beispiel der Fig. 1 schließt sich der Messring 34 auf der Getriebeseite 30 der Radnabe 10 an einen der Innenringe 28 axial an und bildet auf dieser radialen Höhe das getriebeseitigen Ende der Radnabe 10. Die Dehnungs- und Stauchungsmessungen erfolgen bezüglich Dehnungen und Stauchungen in axialer Richtung und/oder radialer Richtung und/oder tangentialer Richtung und lassen Schlüsse auf die entsprechenden Axial-, Radial- und Tangentialkräfte zu.

Bei eingebauten Kegelrollenlagern 20, 22 sind die Außenringe 24 in einem als Bund- breite bezeichneten Abstand an einer jeweiligen Schulter innerhalb des Nabenkörpers 12 zueinander positioniert abgestützt. Durch das axiale Verspannen der Innenringe 28 (z.B. durch eine Achsmutter auf dem Achszapfen) stellt sich ein definiertes Lagerspiel der Wälzlagereinheit 14 ein. Die Radnabe 10 kann anschließend auf einem Achszap- fen (auch Achsschenkel genannt) montiert werden.

Die Radnabe 10 ist für die Verwendung bei Lastkraftwagen (LKW), Trailern, Bussen und anderen Nutzfahrzeugen (Nutzkraftfahrzeugen) vorgesehen. Durch äußere Kräfte auf die Radnaben 10 beim Betrieb des entsprechenden Fahr- zeugs wie Aufstandskräfte (Axialkräfte Fa, Radialkräfte Fr) und Tangentialkräfte (Ft) bei Beschleunigung oder Bremsen kommt es zu Dehnungen an den Innenringen 28 und an den montierten Messringen 34.

Da die Lagerung als Kegelrollenlager in O-Anordnung ausgeführt ist, muss - z.B. zwi- schen einer Achsmutter und der Achsschulter - axial verspannt werden. Dabei können die Innenringe 28, wie hier in Fig. 1 gezeigt, direkt Zusammenstößen.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen Aufbauvarianten der Wälzlagereinheit 12 der Radnabe 10 bzw. der entsprechenden Radnabe 10. Da die entsprechenden Radnaben 10 im We- sentlichen den gleichen Aufbau wie die in Fig. 1 gezeigte Radnabe 10 aufweisen, soll hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden.

Die Fig. 2 zeigt einen Aufbau, bei dem der Messring 34 zwischen dem Achszapfen und dem Innenring 28 des getriebeseitigen Wälzlagers 18, also auf der Getriebeseite 30 angeordnet ist. Die Innenringe 28 sind bei dieser Aufbauvariante über eine Buchse 36 verspannt.

Die Fig. 3 zeigt einen Aufbau, bei dem der Messring 34 als Buchse ausgebildet und zwischen den Innenringen 28 angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die Innenringe 28 über den als Buchse ausgebildeten Messring 34 verspannt.

Die Fig. 4 zeigt einen Aufbau, bei dem der Messring 34 auf der Radseite 32 angeord- net ist. Die Innenringe 28 stoßen bei dieser Aufbauvariante direkt, also unmittelbar, zusammen.

Die Figuren 5 und 6 zeigen Details der verschiedenen Ausführungsformen des Messrings 34.

Die Fig. 5 zeigt zwei Messringe 34. Beim linken Messring 34 erfolgt die Messung der Dehnungen/Stauchungen über einen Messaufbau 38 direkt auf der Oberfläche 40 des Messrings 34. Der Messaufbau 38 ist im Beispiel ein Aufbau mit an der Oberfläche 40 befestigtem Dehnungsmessstreifen (DMS) oder Sensotect-Sensorik. Beim rechten Messring 34 erfolgt die Messung der Dehnung in/auf zusätzlichen Elementen 42 (von denen nur eines dargestellt ist), die in Messring 34 eingebracht sind.

Die Fig. 6 zeigt einen Messring 34, der als Basis einen Haltering 44 mit vier (n = 4) umfänglich verteilten Halteelementen 46 aufweist, zwischen denen auf der Außenseite des Messrings 34 vier (n = 4) Ringsegmente 48 angeordnet sind. Die Messung der Dehnungen/Stauchungen erfolgt auf diesen Ringsegmenten 48.

Im Folgenden sollen zentrale Aspekte der Erfindung noch einmal kurz zusammenge- fasst werden:

Die Dehnungen/Stauchungen werden über DMS oder entsprechende Sensoren zur Dehnungsmessung (z.B. von Sensotect) an einem zusätzlichen Ring, dem Messring 34, gemessen. Dabei ist vorgesehen, die Dehnungen an n Stellen (z.B. n = 4 bei 12 Uhr, 3 Uhr, 6 Uhr, 9 Uhr) zu messen. Dabei werden an jeder Messstelle zwei geklebte DMS oder Sensotect-DMS (eine misst in axiale Richtung, die zweite in tangentialer Richtung) zur Temperaturkompensation verschaltet. Dies geschieht in einer Halbbrü- ckenverschaltung. Alternativ können die Messstellen auch anders (z.B. Vollbrücke) verschaltet werden und es könnten mehr oder weniger Messstellen vorgesehen wer- den (mindestens jedoch zwei für die Trennung von Aufstands- und Tangentialkräften).

Die Anordnung der Messringe 34 erfolgt: auf der Radseite 32, auf der Getriebeseite 30 oder zwischen den Innenringen 28.

Aus den gemessenen Dehnungen/Stauchungen wird auf die Radkräfte zurückgerech- net. Bezuqszeichenliste Radnabe

Nabenkörper

Wälzlagereinheit

erstes Wälzlager, ringförmig

zweites Wälzlager, ringförmig

erstes Kegelrollenlager

zweites Kegelrollenlager

Außenring

Wälzkörper

Innenring

Getriebeseite

Radseite

Messring

Buchse

Messaufbau

Oberfläche

Einlegeteil

Haltering

Halteelement

Ringsegment