СИСТЕМА СТУПИЦЫ КОЛЕСА ДЛЯ КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ПОЛЮСНОЕ КОЛЬЦО СЕНСОРА АБС
WHEEL HUB SYSTEM FOR VEHICLE WHEEL AND ABS POLE SENSOR RING

Изобретение относится, прежде всего, к системе ступицы колеса для колеса транспортного средства в соответствии с ограничительной частью пунктом 1 и 15 формулы.
Изобретение относится также к полюсному кольцу сенсора АБС (АБС = анг. ABS = антиблокировочная система) для считывания вращения колеса транспортного средства в соответствии с ограничительной частью пункта 19 формулы. Такое полюсное кольцо подходит особым образом для применения в предложенной системе ступицы колеса.
Подобная система ступицы колеса с полюсным кольцом известна из DE 10 2011 000 626 А1. Ступица колеса посредством ступичной опоры расположена с возможностью вращения на невращающемся поворотном кулаке и заканчивается внутри транспортного средства шейкой, внутренняя периферия которой образует отверстие для центрального прохождения поворотного кулака, на котором с возможностью вращения установлена ступица колеса. Внешняя периферия шейки ступицы выполнена для закрепления полюсного колеса сенсора АБС. Для этого полюсное кольцо снабжено крепежным участком, опирающимся снаружи на внешнюю периферию шейки ступицы. Составной частью полюсного кольца является далее выполненный за одно целое с его крепежным участком генерирующий импульсы участок, проходящий от крепежного участка к центральной оси ступицы колеса. На генерирующем импульсы участке полюсное кольцо снабжено равномерно распределенными в направлении периферии прорезями. Сенсор АБС закреплен в зоне поворотного кулака так, что он расположен точно напротив прорезей и таким образом считывает скорость вращения полюсного кольца, преобразуя ее в соответствующий управляющий сигнал антиблокировочной системы или, в случае ведущего моста транспортного средства, - в управляющий сигнал для регулирования привода.
Аналогичная конструкция системы из ступицы колеса и закрепленного на ней полюсного кольца известна, например, из DE 103 49 303 В3.
Общим для систем ступицы колеса из уровня техники является то, что, если смотреть изнутри ступицы, расположенное на внутреннем со стороны транспортного средства отверстии ступицы колеса полюсное кольцо представляет собой уступ или кромку, на котором/которой, если соответствующий участок периферии лежит внизу, может осаждаться и скапливаться грязная вода или же мелкие частицы грязи. Вследствие этого и в зависимости от применяемых материалов там может возникнуть ржавчина. Этот эффект усиливается, чем больше внутри транспортного средства сзади на полюсное кольцо попадет грязи, которая тогда скапливается между полюсным кольцом и расположенным за ним внутри ступицы уплотнением подшипника. Также эта грязь, прежде всего крупная грязь, может привести к описанным проблемам коррозии. Последствием может быть заедание полюсного кольца на ступице или его недостаточное вращение без торцевого биения, что, в свою очередь, негативно влияет на точность сигнала сенсора АБС.
В основе изобретения лежит задача создания решений по устранению проблем загрязнения и связанных с ними проблем коррозии в зоне между полюсным кольцом и расположенной за ним внутренней частью ступицы.
Для решения этой задачи предлагается, с одной стороны, содержащая полюсное кольцо система ступицы колеса с признаками пункта 1 или 15 формулы, а, с другой стороны, предложено полюсное кольцо с признаками пункта 19 формулы.
Общим для этих технических решений является то, что вызванные обычно режимом движения проблемы загрязнения в лежащей за полюсным кольцом зоне ступицы колеса устраняются, по меньшей мере, однако, заметно уменьшаются примененными к полюсному кольцу техническими мерами. Это позволяет уменьшить, например, проблемы коррозии.
Это достигается в системе ступицы колеса по пункту 1 за счет того, что полюсное кольцо своим генерирующим импульсы участком простирается к оси ступицы колеса настолько, что за счет генерирующего импульсы участка закрыто отверстие между ступицей колеса и внешней стороной поворотного кулака большей частью в направлении внутренней части ступицы.
У этой системы величина и площадь полюсного кольца в сочетании с выполнением полюсного кольца и поворотного кулака приводят к тому, что создается барьер, за счет которого заметно уменьшается, по меньшей мере, проникновение крупных частиц грязи в зону за полюсным кольцом и, тем самым, внутрь ступицы. Этот эффект достигается тем лучше, чем больше закрывание отверстия между полюсным кольцом и внешней периферией поворотного кулака полюсным кольцом.
Для достаточного закрывания полюсное кольцо должно закрывать это отверстие, по меньшей мере, на 80% по отношению к площади сечения отверстия. Наоборот, в этом случае ширина оставшейся щели между обращенным к поворотному кулаку краем полюсного кольца и внешней стороной поворотного кулака составляет максимум 20% радиального расстояния между внутренней стороной ступицы колеса и внешней стороной поворотного кулака.
Если генерирующий импульсы участок снабжен равномерно распределенными в окружном направлении прорезями, то еще оставшаяся за счет закрывания полюсным кольцом щель должна быть преимущественно равна или меньше ширины прорезей. Частицы и, прежде всего, мелкие камешки, которые не могут больше проникнуть через прорези из-за их малой ширины, надежно задерживаются тогда также в зоне оставшейся ширины отверстия.
Для решения поставленной задачи с помощью системы ступицы колеса по пункту 15 предложено, что, по меньшей мере, некоторые из отверстий, соответственно, прорезей на генерирующем импульсы участке полюсного кольца имеют протяженность наружу, которая больше протяженности, необходимой для считывания сенсорным элементом АБС.
Таким образом, достигается то, что проникшая в зону за полюсным кольцом грязная вода или же мелкие частицы может/могут также снова выходить через удлиненные наружу отверстия, соответственно, прорези, а именно даже тогда, когда данный участок периферии полюсного кольца, соответственно, ступицы колеса находится внизу.
Такое водоудаление удается у полюсного кольца для системы ступицы колеса моста большегрузного коммерческого транспортного средства особенно хорошо, если протяженность наружу на 2-10 мм больше протяженности, необходимой для считывания сенсорным блоком АБС.
Для решения поставленной задачи пунктом 19 формулы предложено полюсное кольцо сенсора АБС для считывания вращения колеса транспортного средства, у которого некоторые из отверстий, соответственно, прорезей имеют протяженность наружу, которая больше протяженности других отверстий, соответственно, прорезей.
Из соображений механической прочности полюсного кольца радиальная протяженность не удлиненных отверстий, соответственно, прорезей является максимально незначительной и ограничена протяженностью, технически необходимой для считывания посредством сенсора (датчика) АБС. За счет отдельных удлиненных отверстий, соответственно, прорезей, напротив, могут выходить жидкость и мелкая грязь, скопившиеся за полюсным кольцом, причем это происходит даже в том случае, когда данный участок периферии полюсного кольца находится внизу.
В другом варианте предусмотрено, что для монтажа полюсного кольца внешняя периферия ступицы колеса в зоне закрепления обработана резанием и снабжена коррозионно-защитным покрытием или коррозионно-защитным лаком.
Предпочтителен далее вариант, в котором полюсное кольцо напрессовано на внешнюю периферию ступицы колеса и удерживается там исключительно с фрикционным замыканием.
В других вариантах для полюсного кольца предложено, что его осевое опирание происходит исключительно на торцевую поверхность, выполненную между внутренней и внешней периферией шейки ступицы, и что для высокой механической прочности полюсного кольца его генерирующий импульсы участок снабжен на своем внутреннем краю усиливающей отбортовкой. Наружный край отбортовки определяет тогда оставшуюся, не проходимую больше для крупных частиц ширину отверстия полюсного кольца относительно осевого элемента.
Чтобы дополнительно улучшить водоудаление, соответственно, освобождение от мелкой грязи, шейка ступицы на переходе между торцевой поверхностью и внутренней периферией может быть снабжена окружной скошенной фаской. Преимущественно скошенная фаска имеет угол 20-65° к оси ступицы и радиальную протяженность, по меньшей мере, 2 мм.
Выполненные на генерирующем импульсы участке полюсного кольца, увеличенные наружу, соответственно, удлиненные прорези должны иметь для достаточного водоудаления протяженность, которая доходит, по меньшей мере, до радиуса внутренней периферии/окружности шейки ступицы и в случае имеющейся на переходе между торцевой поверхностью и внутренней периферией шейки ступицы окружной фаски - преимущественно протяженность, доходящую наружу до наибольшего радиуса этой фаски.
Пример осуществления изобретения поясняется в нижеследующем описании со ссылкой на чертежи, на которых изображают:
фиг.1 - в перспективе ступицу колеса транспортного средства с установленным на ней полюсным кольцом, являющимся составной частью устройства для определения частоты и/или направления вращения на ступице колеса,
фиг.2 - разрез установленной на центральном поворотном кулаке (поворотной цапфе) с возможностью вращения ступицы колеса с закрепленным на нем полюсным кольцом, причем дополнительно изображен сенсор (датчик) АБС,
фиг.2а - в увеличенном виде объекты из фиг.2 в зоне шейки ступицы колеса,
фиг.3 - перспективный вид только полюсного кольца.
На фиг.1 изображена система ступицы колеса, которая в собранном состоянии расположена с возможностью вращения на поворотном кулаке 6 (фиг. 3). Два таких поворотных кулака 6 находятся преимущественно на концах удлиненной, проходящей от одной стороны транспортного средства до другой его стороны оси. На внешнем фланце 2 ступицы 1 с одной стороны может быть закреплен тормозной диск 4, а с противоположной стороны посредством колесных болтов 7 - колесо транспортного средства. Для этого во фланце 2 ступицы 1 находятся крепления с отверстиями для продевания колесных болтов 7. Такие крепление и колесная опора подходят, прежде всего, для неприводных осей транспортного средства, например, вращающихся заодно осей прицепов грузовых автомобилей.
На фиг.3 осевой элемент 6 выполнен в виде сужающегося наружу транспортного средства поворотного кулака (поворотной цапфы), на котором выполнены места посадки внутреннего 5А и внешнего 5В подшипников качения опоры качения. На расположенной таким образом внутри ступицы опоре качения ступица 1 установлена, следовательно, с возможностью свободного вращения.
Осевой элемент 6 имеет внутрь внутреннего подшипника 5А качения уступ. На уступ опирается внутреннее кольцо подшипника 5А качения при осевом промежуточном расположении кольца 10. За счет своего опирания на осевой элемент кольцо 10 выполнено стационарным. Наружный край кольца 10 отстоит на небольшое радиальное расстояние от внутренней периферии 15 ступицы 1.
Далее внутрь транспортного средства на внутренней периферии 15 ступицы выполнен окружной паз, в который помещено предохранительное кольцо 16. Оно образует радиальный выступ относительно внутренней периферии 15 ступицы, с помощью которой ступица 1, включая ее опору, может быть в виде блока снята наружу с поворотного кулака 6.
Внутрь транспортного средства, т.е. к его середине, опора качения герметизирована расположенным в продолжение подшипника 5А качения уплотнением 17. Оно включает в себя уже упомянутое жесткое кольцо 10 и, кроме того, выполненную составной систему из внутреннего и наружного колец. Внутреннее и наружное кольца расположены по отношению друг к другу так, что в осевом направлении достигается чередование.
Внутренний 5А и внешний 5В подшипники качения образуют вместе с состоящим из кольца 10, внутреннего и внешнего колец уплотнением 17 ступичную опору. Особенность этой ступичной опоры заключается в том, что ее вместе со ступицей 1 и опорой качения можно наружу транспортного средства снять с поворотного кулака 6. Основной принцип этого описан в ЕР 0407719 В1. При снятии уплотнение 17 ступичной опоры охватывается сзади предохранительным кольцом 16, которое зафиксировано внутри на ступице 1 и служит радиальным выступом. Это возможно, т.к. наружный диаметр уплотнения 17 больше внутреннего диаметра предохранительного кольца 16. При снятии ступицы 1 предохранительное кольцо 16 упирается в наружное кольцо, которое, в свою очередь, передает тяговые усилия аксиально на кольцо 10, в результате чего кольцо 10, в свою очередь, передает осевое усилие на подшипник 5А качения, и все эти части совместно захватываются. Когда ступица 1 снята/стянута с осевого элемента 6, можно после ослабления предохранительного кольца 16 извлечь из ступицы 1 все части ступичной опоры, т.е. опору качения, кольцо 10 и составное уплотнение 17.
В качестве составной части электрического устройства для определения частоты и/или направления вращения на осевом элементе 6 закреплен сенсор 40, например, индуктивный датчик АБС. Сенсор 40 сидит относительно плотно в окружающей его монтажной втулке 40а, которая, в свою очередь, жестко закреплена на или в осевом элементе 6.
Непосредственно напротив чувствительного конца сенсора 40 на очень маленьком расстоянии от него на ступице 1 установлено полюсное кольцо 41, которое, следовательно, вращается вместе со ступицей 1 и является составной частью системы ступицы колеса.
Для своего монтажа на шейке 50 ступицы 1, образующей направленный внутрь транспортного средства конец последней, полюсное кольцо 41 имеет крепежный участок 42. Составной частью полюсного кольца 41 является далее генерирующий импульсы участок 43, который проходит от крепежного участка 42 по торцевой поверхности 45 на конце шейки 50 ступицы внутрь. На своем радиально внутреннем краю генерирующий импульсы участок 43 снабжен отбортовкой 48, которая способствует усилению полюсного кольца 41 к изгибающим нагрузкам, что предпочтительно для процесса монтажа системы ступицы колеса.
Генерирующий импульсы участок 43 снабжен равномерно распределенными по своей периферии отверстиями 44, 44L, здесь в виде радиальных прорезей разной длины. Эти отверстия 44, 44L, соответственно, зоны между ними могут детектироваться неподвижным относительно оси сенсором 40. Полюсное кольцо 41 изготовлено цельным из недорогого металлического листа, который обработан путем штамповки и сгибания и снабжен прорезями 44, 44L.
Поэтому монтаж полюсного кольца 41 осуществляется на проходящей внутрь транспортного средства шейке 50 ступицы. По сравнению с крепежным фланцем 2 этот продольный участок ступицы 1 имеет заметно меньший диаметр. Внутренняя периферия 15 шейки 50 ступицы образует отверстие 55 для центрального прохождения осевого элемента 6, а внешняя периферия 51 - цилиндрическую поверхность, на которой установлено полюсное кольцо 41.
Полюсное кольцо 41 аксиально опирается только на обработанную, преимущественно обработанную резанием торцевую поверхность 45 ступицы 1. Это приводит к очень точному вращению полюсного кольца без радиального биения и, тем самым, к точному сигналу сенсора. К тому же это место осевого опирания приводит к повышению прочности полюсного кольца, т.к. он может лучше воспринимать или выдерживать изгибающие нагрузки в процессе монтажа.
Шейка 50 ступицы имеет такую длину, что она принимает внутри, по меньшей мере, части составной ступичной опоры, а именно уплотнение 17, кольцо 10 и внутренний подшипник 5А качения. Чтобы, несмотря на это, поддерживать небольшой осевую длину шейки 50 ступицы и, тем самым, также всю осевую длину ступицы 1, полюсное кольцо 41 крепится не на внутренней периферии 51 шейки 50 ступицы, где уже расположены занимающие соответственно место ступичная опора и предохранительное кольцо. Вместо этого крепление полюсного кольца 41 осуществляется на внешней периферии 51 шейки 50 ступицы. При этом, если смотреть в продольном направлении ступицы, крепежный участок 42 проходит до уплотнения 17 ступичной опоры.
Полюсное кольцо 41 аксиально опирается, правда, на торцевую поверхность 45, однако снаружи удерживается на ступице 1 за счет фрикционного замыкания посредством прессовой посадки. Для этого выполненный в виде цилиндрической втулки крепежный участок 42 насажен на цилиндрическую поверхность внешней периферии 51, точно обработанную резанием вместе с торцевой поверхностью 45. Обработанная таким образом поверхность дополнительно обработана коррозионно-защитным средством, например подходящим лаком.
Генерирующий импульсы участок 43 выполняет дополнительно к своей генерирующей функции АБС (функция чувствительного элемента АБС) функцию барьера против проникновения крупных частиц грязи внутрь ступицы, т.е. в лежащую за полюсным кольцом 41 зону ступицы. Это относится, прежде всего, к таким частицам грязи, диаметр которых больше ширины прорезей 44, 44L, поскольку такие частицы, прежде всего, камешки надежно задерживаются барьером.
Для этой цели генерирующий импульсы участок 43 простирается к средней оси А ступицы и, тем самым, средней оси полюсного кольца настолько, что имеющееся между внутренней периферией 15 ступицы 1 и внешней стороной поворотного кулака 6 кольцеобразное отверстие 55 на своей наибольшей части, а именно, по меньшей мере, на 80% по отношению к собственно площади сечения отверстия 55, закрыто внутрь ступицы. Для достижения высокой степени закрывания не только внутренняя сторона ступицы 1, но и внешняя периферия осевого элемента 6 должны иметь в зоне отверстия 55 круглое сечение, благодаря чему возможны небольшие радиальные допуски.
Преимущественно, как показано на фиг.2а, оставшаяся за счет закрывания ширина В1 щели между внутренним краем генерирующего импульсы участка 43 и внешней стороной осевого элемента 6 равна или меньше ширины В2 прорезей 44, 44L. Частицы и, прежде всего, мелкие камешки, которые не могут больше проникнуть через прорези 44, 44L из-за их малой ширины, надежно задерживаются тогда также в зоне оставшейся щели.
Чтобы дополнительно улучшить водоудаление, на переходе между торцевой поверхностью 45 и внутренней периферией 15 выполнена окружная скошенная фаска 46. Она имеет угол W 20-65° к оси А ступицы и радиальную протяженность, по меньшей мере, 2 мм.
На фиг.3 длинные отверстия, соответственно, прорези 44L имеют такую радиальную протяженность RL наружу, что они доходят до наибольшего радиуса скошенной фаски 46. Поэтому скопившиеся во внутренней части ступицы грязная вода и мелкие частицы грязи в любом случае могут снова выходить через удлиненные наружу участки прорезей 44L, чему в режиме движения способствуют центробежные силы.
Чтобы полюсное кольцо 41 сохраняло максимально высокую механическую прочность, все другие прорези 44, напротив, имеют лишь длину и, в частности, протяженность R наружу, которая не больше, чем это технически требуется для надежного считывания сенсором 40. Через короткие прорези не происходит никакого заметного водоудаления изнутри ступицы. Длинные прорези 44L, напротив, имеют протяженность RL радиально наружу, которая больше протяженности, необходимой для надежного считывания сенсором 40. Радиальная протяженность RL дальше наружу, например, на 2-10 мм больше протяженности R.
Преимущественно только каждая вторая прорезь 44L удлинена, т.е. имеет бóльшую протяженность RL наружу. В принципе, и, в основном, с таким же эффектом для достижения желаемого водоудаления число отверстий 44, имеющих необходимую для считывания протяженность R, может составлять целочисленное кратное отверстий 44L, имеющих бóльшую протяженность RL.
Для монтажа системы ступицы колеса на поворотном кулаке 6 полюсное кольцо 41, как уже описано, крепится на внешней периферии 51 шейки 50 ступицы, причем полюсное кольцо аксиально опирается на торцевую поверхность 45 шейки 50 ступицы. Подготовленная таким образом система из ступицы 1 и полюсного кольца 41 с подшипниками качения между ними надевается на поворотный кулак 6. Предварительно сенсор 40 располагается в монтажной втулке 40а так, чтобы он немного выдавался в направлении ступицы. Поэтому при надевании ступицы полюсное кольцо 41 упирается в сенсор 40, отодвигая его назад внутри монтажной втулки 40а, пока ступица 1 не займет окончательного положения на поворотном кулаке. Поскольку сенсор 40 сидит в монтажной втулке 40а относительно плотно, подхватывание (увлечение) сенсора вызывает заметную нагрузку и, в частности, изгибающую нагрузку на полюсное кольцо 41. Это является причиной того, что механическая прочность полюсного кольца 41, как описано выше, имеет особое значение.
перечень ссылочных позиций
1 - СТУПИЦА КОЛЕСА
2 - ФЛАНЕЦ
4 - ТОРМОЗНОЙ ДИСК
5А, В - ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ
6 - ПОВОРОТНЫЙ КУЛАК
7 - КОЛЕСНЫЙ БОЛТ
10 - КОЛЬЦО
15 - ВНУТРЕННЯЯ ПЕРИФЕРИЯ СТУПИЦЫ КОЛЕСА
16 - ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО
17 - УПЛОТНЕНИЕ
40 – СЕНСОР
40А - МОНТАЖНАЯ ВТУЛКА
41 - ПОЛЮСНОЕ КОЛЬЦО
42 - КРЕПЕЖНЫЙ УЧАСТОК
43 - ГЕНЕРИРУЮЩИЙ ИМПУЛЬСЫ УЧАСТОК
44 - ПРОРЕЗЬ, ОТВЕРСТИЕ
44L - УДЛИНЕННАЯ ПРОРЕЗЬ, УДЛИНЕННОЕ ОТВЕРСТИЕ
45 - ТОРЦЕВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
46 - ФАСКА
48 - ОТБОРТОВКА
50 - ШЕЙКА СТУПИЦЫ
51 - ВНЕШНЯЯ ПЕРИФЕРИЯ
55 - ОТВЕРСТИЕ
А - ЦЕНТРАЛЬНАЯ ОСЬ
В1 - ШИРИНА, ОСТАВШАЯСЯ ЩЕЛЬ
В2 - ШИРИНА
R - ПРОТЯЖЕННОСТЬ
RL - ПРОТЯЖЕННОСТЬ
W - УГОЛ