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Dokumentenidentifikation DE102005034862B3 08.03.2007
Titel Mit einem Polrad versehenes Bauteil und Verfahren zur Herstellung und Montage eines Polrades
Anmelder Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH, 80809 München, DE
Erfinder Pahle, Wolfgang, 83707 Bad Wiessee, DE
DE-Anmeldedatum 26.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005034862
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.03.2007
IPC-Hauptklasse B60T 1/06(2006.01)A, F, I, 20050726, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60T 8/32(2006.01)A, L, I, 20050726, B, H, DE   G01P 3/44(2006.01)A, L, I, 20050726, B, H, DE   F16D 65/12(2006.01)A, L, I, 20050726, B, H, DE   
Zusammenfassung Mit einem Polrad (3) versehenes Bauteil, insbesondere eine Bremsscheibe (1) oder Radnabe eines Kraftfahrzeuges, wobei das verdrehsicher befestigte Polrad (3) aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht, mit einer Vielzahl in gleichem Winkelabstand zueinander angeordneten Zähnen (8), ist so ausgebildet, dass das Polrad (3) aus einem zu einem Ring geformten, an den Enden miteinander verbundenen Bandmaterial gebildet ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit einem Polrad versehenes Bauteil entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung und Montage eines Polrades.

Derartige Polräder, wie sie aus den DE 101 45 947 C1, DE 39 27 171 C2, DE 87 17 505 U1 und DE 86 02 839 U1 bekannt sind, kommen als Funktionsteile von Antiblockier-Systemen (ABS) an Kraftfahrzeugen zum Einsatz, wo sie im Anbindungsbereich einer Scheibenbremse an der zugeordneten Radnabe des Kraftfahrzeuges befestigt sind.

Die Scheibenbremse weist dabei eine mit der Radnabe verbundene Bremsscheibe auf, die zur Bremsung des Kraftfahrzeuges von Bremsbacken kontaktiert wird, durch deren an der Bremsscheibe anliegende Reibbeläge die Abbremsung erfolgt.

Neben der Bremsscheibe ist dabei das Polrad, das mit einem Sensor in Wirkverbindung steht, verdrehsicher an der Radnabe oder an einem Hals der Bremsscheibe befestigt.

Dabei ist es bekannt, das Polrad entweder durch Gießen einstückig mit dem sich drehenden Teil, also der Radnabe oder Bremsscheibe auszubilden, wobei magnetisch leitfähige Partikel in dem als Polrad dienenden Bereich integriert sind, oder als separates Blechteil, das mit dem sich drehenden Teil durch Auf- oder Einpressen verbunden wird. Die Sensierung erfolgt üblicherweise axial, radial oder unter einem Winkel zur Drehachse.

Die bekannten aus Blech hergestellten Polräder werden nahtlos als Stanz- und Formteile hergestellt, wobei die ringförmige Gestaltung zu einer ungünstigen Materialausnutzung führt. Dabei beträgt der Materialverschnitt mehr als die Hälfte der Fläche des eingesetzten Bleches.

Einer wirtschaftlichen Herstellung steht dieser Umstand naturgemäß entgegen. Dies ist vor allem deshalb als besonders nachteilig anzusehen, da es sich bei diesen Polrädern um Serienartikel handelt, die in großen Stückzahlen gefertigt werden.

Die durch Gießen hergestellten Polräder korrodieren häufig nach einer gewissen Betriebsdauer, was zu Störungen und Ausfall des Drehzahlsignals führen kann. Zwar ist schon versucht worden, durch Schutzüberzüge die Korrosion zu verhindern bzw. zu minimieren, jedoch hält dieser Korrosionsschutz den vorherrschenden Beanspruchungen nicht stand, insbesondere den beim Bremsen entstehenden hohen Temperaturen.

Bei separaten Polrädern aus Blech kann dieses Problem vermieden werden, indem nicht rostende, magnetisierbare Stähle zum Einsatz kommen oder dass die Polräder bei Ausfall ausgetauscht werden. Je nach Konstruktion gestaltet sich ein solcher Austausch jedoch sehr zeitaufwendig, wobei neben einer Rad- und Bremsendemontage zusätzlich der Radträger, die Bremsscheibe und ein Kompaktlager als Träger des Polrades demontiert werden müssen. Im ungünstigsten Fall ist zum Austausch des Polrades an einer angetriebenen Hinterachse mit Außenplanetengetriebe die gesamte Achse einschließlich des Außenplanetengetriebes zu zerlegen.

Alles in allem stellen die bekannten Polräder hinsichtlich der Herstellung und/oder des Betriebs unbefriedigende Lösungen dar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil der gattungsgemäßen Art so auszubilden, dass es einfach und kostengünstiger herstell- und montierbar ist und eine hohe Standzeit aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung und Montage eines Polrades zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch ein Polrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Das neue Polrad, das aus einem handelsüblichen Bandmaterial hergestellt wird, vorzugsweise einem Bandstahlblech aus magnetischem, nicht rostendem Stahl, lässt sich nicht nur einfach herstellen, sondern auf einer einfache Art und Weise montieren bzw. demontieren, wodurch sich gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen ergeben.

Hierzu zählen zunächst einmal die reduzierten Fertigungskosten, die sich aus einem verringerten Materialeinsatz sowie einer rationellen Herstellung ergeben.

Dabei werden in das Bandmaterial, das von einem Coil abgelängt werden kann, zunächst Durchbrechungen ausgestanzt, so dass sich Zähne ausbilden. Danach wird dieser Bandabschnitt zu einem Ring geformt und offen um ein drehbares Achsenbauteil, beispielsweise einen Bremsscheibenhals oder eine Radnabe gelegt und zu einem Ring geschlossen. Denkbar ist auch das Einlegen des Ringes in eine dafür vorgesehene Bohrung des Achsenbauteiles.

Bei Verwendung von sogenannten passiven Drehzahlsensoren darf der Sensor maximal 1 mm vom Polrad entfernt positioniert sein, um ein Signal zu liefern. In diesem Fall ist es notwendig, den zu einem Ring gebogenen Blechstreifen ohne Überlappung an seinen Enden zu verbinden. Dies kann beispielsweise durch Schweißen erfolgen.

Kommen hingegen sogenannte aktive Sensoren zum Einsatz, erfolgt eine störungsfreie Drehzahlerfassung auch bei einem Abstand des Sensors zum Polrad von bis zu 5 mm. In diesem Fall können die Enden des Ringes überlappend durch beispielsweise Nieten, Chlinchen oder Umbördeln miteinander verbunden werden.

Zur axialen Sicherung wird das Polrad in eine Nut im Bremsscheibenhals oder in der Radnabe eingelegt während eine notwendige Verdrehsicherung, die ein Wandern des Polrades in Umfangsrichtung verhindert, durch eine Verstemmung des Polrades mit dem rotierenden Bauteil oder beispielsweise durch einen zusätzlichen nicht magnetischen Niet in einer Zahnlücke erfolgen kann.

Da die bekannten Polräder sozusagen endlos sind, kann nur eine auf das ABS abgestimmte festgelegte Zahl von 90 oder 100 Zähnen vorgesehen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Polrad hingegen entsteht eine erkennbare Fügestelle, die bei jeder Radumdrehung ein zusätzliches Signal erzeugt. Dieses Signal kann vom ABS verwandt werden, um die Anzahl der Pole zu ermitteln. Somit ist keine vorbestimmte Anzahl von Zähnen erforderlich. Vielmehr können Polräder auch z. B. mit 93 oder 97 Zähnen erkannt und entsprechend verarbeitet werden. Die Vielzahl unterschiedlicher Polradgrößen die bislang erforderlich war, lässt sich auf wenige vorgefertigte Bänder reduzieren, die je nach erforderlichem Durchmesser des Ringes an entsprechenden Markierungen gekürzt werden. Mit einem speziellen Werkzeug lässt sich dann, je nach verwendetem Fügeverfahren, das benötige Bandende erstellen.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Sensierung radial, das heißt, die Zähne liegen in einer axialen Ebene des rotierenden Bauteiles. Durch die sich daraus ergebende günstigere Einbauposition für das Polrad und den Sensor ergibt sich eine geringere Temperaturbelastung, was naturgemäß mit einer Erhöhung der Standzeit verbunden ist.

Dabei kann das Polrad so positioniert werden, dass es nicht, wie bislang vorwiegend üblich, in unmittelbarer Nähe der der Fahrzeuginnenseite zugewandt liegenden Reibfläche der Bremsscheibe positioniert ist. Die jetzt mögliche Anordnung des Polrades und des Sensors zwischen einem Radflansch, an dem der Bremsscheibenhals angeschlossen ist, und der äußeren Reibfläche der Bremsscheibe führt zu geringeren Temperaturanforderungen an den Korrosionsschutz des Polrades wie auch an den Sensor. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit den Sensor in die Bremse zu integrieren. Dabei kann der Sensor sowohl bei einer Festsattelbremse wie auch bei einer Schiebesattelbremse im achsfesten Bremsenbauteil eines Bremsträgers integriert sein, wodurch der Installationsaufwand für ein Kabel und den Sensor entfällt. Das ABS-Kabel kann innerhalb der Bremse mit einem Verschleißsignal-Ausgang kombiniert sein, so dass bei der Bremsenmontage lediglich eine Steckverbindung herzustellen ist, um gleichzeitig das ABS- und das Verschleißsignal an das Fahrzeug weiterzugeben.

Bevorzugt ist der Querschnitt des Bandmaterials rechteckig ausgebildet, wobei sich die Zähne in axialer Richtung des rotierenden Bauteiles erstrecken. Denkbar ist aber auch, das Band im Querschnitt winkelförmig auszubilden mit der Erstreckung der Zähne in radialer Richtung. Hierbei kann als Ausgangsmaterial ein winkelförmiges Band zum Einsatz kommen. Denkbar ist aber auch, das als Flachband vorliegende Material längs abzukanten, so dass sich ein winkelförmiger Querschnitt ergibt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

1 eine Bremse mit montiertem Polrad in einer perspektivischen Ansicht

2 eine Bremsscheibe mit montiertem Polrad, ebenfalls in einer perspektivischen Ansicht

3 einen Teilausschnitt der Bremsscheibe in einem Längsschnitt

4 das Polrad in einem Zwischenschritt der Fertigung

5 eine vergrößerte Darstellung der 4

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines an einer Bremsscheibe montierten Polrades in einer perspektivischen Ansicht

7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines zu einem Polrad verformbaren Bandes

8 einen vergrößerten Teilausschnitt des Polrades im Verbindungsbereich der beiden Enden, entsprechend der 2

In der 1 ist eine Scheibenbremse für ein Nutzfahrzeug dargestellt, das einen eine Bremsscheibe 1 übergreifenden Bremssattel 5 aufweist, in dem Bremsbacken angeordnet sind, die über eine Zuspanneinrichtung gegen die Bremsscheibe 1 pressbar sind.

Die Bremsscheibe 1 weist einen konzentrischen, sich axial erstreckenden Bremsscheibenhals 2 auf, dessen freie Stirnseite 4 mit Bohrungen 6 versehen ist zur Durchführung von Schrauben, die an einem Flansch einer nicht dargestellten Radnabe des Nutzfahrzeuges befestigbar sind.

Wie insbesondere die 3 sehr deutlich wiedergibt, ist in der Mantelfläche des Bremsscheibenhalses 2 umfänglich eine Nut 7 vorgesehen, in der axial und verdrehgesichert ein Polrad 3 einliegt, das erfindungsgemäß aus einem zu einem Ring geformten Bandmaterial gebildet ist.

Die Verdrehsicherung des Polrades 3 im Bremsscheibenhals 2 erfolgt beispielsweise durch Verstemmen, während die axiale Sicherung dadurch erreicht wird, dass die Breite der Nut 7 der Breite des Polrades 3 entspricht.

Entsprechend den 4 und 5 wird das zunächst in gestreckter Form vorliegende Bandmaterial durch Stanzen mit Zahnlücken 9 versehen, zwischen denen sich Zähne 8 herausbilden.

An einem Ende sind ebenfalls durch Stanzen Nietbohrungen 11 und am anderen Ende Nietbuckel 10 eingebracht, durch die eine fest Verbindung der beiden Enden des Bandes mittels Nieten erreicht wird, wobei sich die beiden Endbereiche dann überlappen.

Vor dieser Verbindung wird jedoch das Band zunächst zu einem Ring geformt und auf den Bremsscheibenhals 2 geschoben, bis der Ring in der Nut 7 einliegt, wobei die Tiefe der Nut 7 an die Dicke des Bandes angepasst ist.

Danach erfolgt das Vernieten der beiden Enden, wie es in den 1 und 2 zu erkennen ist.

In der 6 ist eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Schweißnaht 12 der beiden Enden des Ringes dargestellt, wobei die Enden stumpf aneinander liegen.

In der 7 schließlich ist das Band mit eingebrachten Markierungen 13 erkennbar, die eine Hilfe beim Ablängen und Anpassen an unterschiedliche Durchmesser des Bremsscheibenhalses 2 oder einer Radnabe ermöglichen.

1
Bremsscheibe
2
Bremsscheibenhals
3
Polrad
4
Stirnseite
5
Bremssattel
6
Bohrungen
7
Nut
8
Zahn
9
Zahnlücke
10
Nietbuckel
11
Nietbohrung
12
Schweißnaht
13
Markierung


Anspruch[de]
Mit einem Polrad (3) versehenes Bauteil, insbesondere eine Bremsscheibe (1) oder Radnabe eines Kraftfahrzeuges, wobei das verdrehsicher befestigte Polrad (3) aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht, mit einer Vielzahl in gleichem Winkelabstand zueinander angeordneten Zähnen (8), dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (3) aus einem zu einem Ring geformten, an den Enden miteinander verbundenen Bandmaterial gebildet ist. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrad (3) in einer umlaufenden Nut der Bremsscheibe (1) oder Radnabe einliegt. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) in ihrer Breite der Breite des Polrades (3) entspricht. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (7) in ihrer Tiefe etwa der Dicke des Polrades (3) entspricht. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Ringes form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die miteinander verbundenen Enden des Ringes überlappen. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Ringes miteinander vernietet sind. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vernieten der Enden an einem Ende Nietbohrungen (11) und am anderen Ende Nietbuckel (10) vorgesehen sind. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Ringes stumpf miteinander verschweißt sind. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bandmaterial Markierungen (13) vorgesehen sind zum Ablängen entsprechend einem vorbestimmten Durchmesser des Ringes. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (8) bzw. Zahnlücken (9) in axialer Richtung der Bremsscheibe bzw. Radnabe verlaufen. Verfahren zur Herstellung und Montage eines Polrades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bandmaterial entsprechend dem vorgegebenen Umfang abgelängt, Zahnlücken (9) und/oder Zähne (8) eingestanzt, das abgelängte, Bandmaterial zu einem Ring geformt, als offener Ring um das drehbare Bauteil gelegt und die beiden Enden miteinander verbunden werden. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandmaterial von einem Coil abgeschnitten wird. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Ringes form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass in die beiden Endbereiche des abgelängten Bandes zum einen Nietbohrungen (11) und zum anderen Nietbuckel (10) ausgestanzt bzw. ge- prägt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden des Ringes durch Nieten, Chlinchen oder Bördeln verbunden werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden des Ringes verschweißt werden, vorzugsweise stumpf. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der um das Bauteil gelegte Ring mit dem Bauteil verstemmt wird.






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