DE102007010693A1 - Bearing arrangement for damping shocks and compensating for angular errors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Dämpfung von Stößen und zum Ausgleich von Winkelfehlern an einem gelagerten Bauteil (05). Die Lageranordnung umfasst zwischen einer Lagerfläche (03) und dem gelagerten Bauteil (05) ein Formgedächtnisbauteil (01), welches aus einer Formgedächtnislegierung mit Pseudoelastizität als Formgedächtniseigenschaft besteht. Vorzugsweise ist die Lageranordnung als Wälzlager ausgebildet, welches eine Welle (05) lagert.The invention relates to a bearing arrangement for damping shocks and for compensating angular errors on a mounted component (05). The bearing arrangement comprises between a bearing surface (03) and the mounted component (05) a shape memory component (01), which consists of a shape memory alloy with pseudoelasticity as shape memory property. Preferably, the bearing assembly is designed as a rolling bearing, which supports a shaft (05).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Dämpfung von Stößen und zum Ausgleich von Winkelfehlern eines gelagerten Bauteils. Insbesondere kann diese Lagerung Winkelfehler an einer gelagerten Welle ausgleichen.The The invention relates to a bearing arrangement for damping of Bumps and to compensate for angular errors of one stored component. In particular, this storage angle error compensate for a stored wave.

Zyklisch auftretende Kraftmomente bzw. verkippte Wellen können in Wälzlagern mit Linienkontakt zu erheblichen Kantenspannungen führen, welche wiederum einen erhöhten Verschleiß von Welle und Lager zur Folge haben. Derartige Kantenspannungen treten zum Beispiel bei Lagerungen für Vibrationsmaschinen, wie beispielsweise Unwuchtlagerungen für Rüttler und Schwingsiebe, auf. Bei diesen Anwendungen treten sowohl hohe zyklische als auch nicht zyklische Belastungen auf, welche zu den bereits erwähnten Kantenspannungen und einer starken mechanischen Beanspruchung der umgebenden Bauelemente führen.cyclical occurring moments of force or tilted waves can in Rolling bearings with line contact to considerable edge stresses lead, which in turn increased wear of Wave and bearing result. Such edge stresses occur For example, in bearings for vibration machines, such as For example, imbalance bearings for vibrators and Vibrating screens, up. In these applications occur both high cyclic as well as non-cyclical burdens, which are among the already mentioned edge stresses and a strong mechanical Stress the surrounding components lead.

Zur Reduzierung der auftretenden Kantenspannung ist es bekannt, die Laufbahnen der Innenringe des Wälzlagers leicht ballig zu schleifen, um damit eine leichte Verkippung der Welle zu ermöglichen. Dadurch können durch Last und Fluchtungsfehler der Gehäuse hervorgerufene Wellenverkippungen bis etwa 0,1° zwischen Innenring und Außenring aufgenommen werden. Durch das ballige Schleifen der Laufbahnen wird jedoch die Auflagefläche und somit auch die Tragfähigkeit des Lagers reduziert. Im Vergleich mit herkömmlichen Lagern ist die Fertigung derartiger Lager, bedingt durch das zusätzliche Schleifen der Laufbahnen, ziemlich aufwendig.to Reduction of the occurring edge tension is known, the Runways of the inner rings of the rolling bearing slightly convex to grind, so as to allow a slight tilting of the shaft. This can be due to load and misalignment of the housing caused Wellenverkippungen to about 0.1 ° between Inner ring and outer ring are added. By the crowned Grinding the raceways, however, the bearing surface and thus reducing the bearing capacity of the bearing. Compared with conventional bearings is the production of such bearings, due to the additional grinding of the raceways, pretty expensive.

Relativ hohe Wellenverkippungen von ca. 2° lassen sich über die Kombination eines Gelenklagers mit einem Zylinderrollenlager erreichen. Eine solche Lösung erfordert jedoch eine sehr komplexe Konstruktion und einen großen Bauraum.Relative high Wellenverkippungen of about 2 ° can be over the combination of a spherical plain bearing with a cylindrical roller bearing to reach. However, such a solution requires a lot complex construction and a large space.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Pendelrollenlager bekannt, welche auch geeignet sind, Verkippungen einer gelagerten Welle auszugleichen. Nachteilig an solchen Pendelrollenlager ist allerdings ihr relativ großer Bauraum.Farther are known from the prior art spherical roller bearings, which are also suitable to compensate for tilting a stored shaft. However, a disadvantage of such spherical roller bearings is their relative large space.

Aus dem Stand der Technik sind so genannte Formgedächtnislegierungen oder auch Memory-Shape Legierungen (auch SMA – shape memory alloy) bekannt, die häufig Gegenstand der anwendungsorientierten Materialforschung sind. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie nach geeigneter Behandlung auf Grund einer Umwandlung vom Austenit zum Martensit ihre Gestalt in Abhängigkeit von der Temperatur oder auch vom Druck verändern. In ihrer Tieftemperaturform können Werkstücke aus solchen Legierungen bleibend, das heißt scheinbar plastisch, verformt werden, während sie bei Erwärmung über die Umwandlungstemperatur ihre ursprüngliche Form wieder annehmen. Werden diese Werkstücke erneut abgekühlt, können sie erneut plastisch verformt werden, nehmen aber, sofern sie entsprechend erwärmt werden, unter Rückkehr ihrer Mikrostruktur zum Austenit wieder ihre makroskopische, ursprüngliche Hochtemperaturform an. Beim Formgedächtnisverhalten kann man grundsätzlich zwischen dem Einwegeffekt, dem Zweiwegeeffekt und der Pseudoelastizität unterscheiden. Beim Einwegeffekt nimmt ein Material, das bei einer tiefen Temperatur verformt wurde, seine ursprüngliche Form wieder an, wenn es auf eine höhere Temperatur erhitzt wurde. Das Material erinnert sich gewissermaßen beim Aufheizen an seine ursprüngliche Form und behält diese auch bei einer nachfolgenden Abkühlung bei. Als Zweiwegeeffekt bezeichnet man dagegen die Erscheinung, bei der sich das Material sowohl bei Temperaturerhöhung als auch bei Abkühlung an seine eintrainierte Form erinnert, das heißt eine Form bei einer hohen Temperatur und eine andere Form bei einer tiefen Temperatur. Von Pseudoelastizität spricht man schließlich, wenn die Umwandlung von Austenit zum Martensit nicht durch Abkühlen, sondern in bestimmten Temperaturbereichen durch eine Schubspannung mechanisch erreicht wird. Ein pseudoelastischer Werkstoff verformt sich während der Belastung zunächst rein elastisch und erst ab einer kritischen Spannung setzt eine spannungsindizierte Umwandlung von Austenit zu Martensit ein, durch die hohe elastische Dehnungsbeträge bei konstanter Spannung erzielt werden. Bei Entlastung wandelt sich der Werkstoff wieder in seine Ausgangsstruktur von Martensit zu Austenit um und die Verformung geht quasi-elastisch zurück.Out the prior art are so-called shape memory alloys or memory-shape alloys (also SMA - shape memory Alloy), which is often the subject of application-oriented Material research are. They are characterized by the fact that they after suitable treatment due to transformation from austenite to martensite their shape depending on the temperature or change the pressure. In their low temperature form can keep workpieces made of such alloys, that is, seemingly plastic, being deformed while when heated above the transformation temperature to resume their original form. Will these workpieces Once cooled again, they can be plastic again be deformed, but, if they are heated accordingly, with return of their microstructure to austenite again their macroscopic, original high-temperature form. With the shape memory behavior one can in principle between the one-way effect, the two-way effect and the pseudo-elasticity differ. When one-way effect takes a material that at a low temperature was deformed, its original shape again when heated to a higher temperature. The material is somewhat reminiscent of heating up to its original shape and retains it too at a subsequent cooling at. As a two-way effect On the other hand, the appearance is called the material both at temperature increase and during cooling reminiscent of his trained form, that is a form at a high temperature and another form at a low temperature. Finally, we talk about pseudoelasticity if the transformation from austenite to martensite is not due to cooling, but in certain temperature ranges by a shear stress is reached mechanically. A pseudoelastic material deformed initially purely elastic during loading and only from a critical tension sets a stress-induced Transformation of austenite to martensite, through which high elasticity Strain amounts can be achieved at a constant voltage. When discharged, the material changes back to its original structure from martensite to austenite and the deformation is quasi-elastic back.

Formgedächtnislegierungen finden auch in Lageranordnungen Anwendung, um Montagevorgänge zu erleichtern oder das verschleißbedingte Lagerspiel klein zu halten.Shape Memory Alloys also find application in bearing assemblies to assembly operations to facilitate or the wear-related bearing clearance small to keep.

In der DE 101 20 489 C2 ist ein Scheibenkäfig für ein Wälzlager beschrieben, der zumindest teilweise aus einer Formgedächtnis- bzw. Memorylegierung besteht, die abhängig von ihrer Temperatur den Scheibenkäfig zwei verschiedene geometrische Ausgestaltungen einnehmen lässt. Die Ausnutzung des Memory-Effekts wird zur Montage des Scheibenkäfigs in das Wälzlager genutzt.In the DE 101 20 489 C2 a disc cage is described for a rolling bearing, which consists at least partially of a shape memory or memory alloy, which can take depending on their temperature, the disc cage two different geometrical configurations. The utilization of the memory effect is used for mounting the disc cage in the rolling bearing.

Die DE 41 22 123 A1 beschreibt ein Gleitlager mit einem Stützkörper und mindestens einer von diesem getragenen Lagerschicht als Lagerteile. Um ein derartiges Lager so zu verbessern, dass eine Geräuschdämpfung im Lager auftritt und die Geräuschabstrahlung insgesamt verringert wird, besteht mindestens eines der Lagerteile aus einer Formgedächtnislegierung.The DE 41 22 123 A1 describes a sliding bearing with a support body and at least one bearing layer supported by this bearing parts. In order to improve such a bearing so that a noise attenuation occurs in the bearing and the noise emission is reduced overall, at least one of the bearing parts of a shape memory alloy.

Eine Einrichtung zur Nachstellung des axialen Spiels von Schrägwälzlagern kann der DE 197 34 998 B4 entnommen werden. Zwischen einem axial verschiebbaren Lagerring und einem als Widerlager wirkenden Halteelement ist ein Anstellelement angeordnet, welches aus einer Formgedächtnislegierung besteht. Infolge der Betriebstemperatur des Schrägwälzlagers kommt es zu einer Gefügeumwandlung der Formgedächtnislegierung und damit zu einem Längenwachstum des Anstellelements. Auf diese Weise soll der in der Lagerung im Laufe des Einsatzes unvermeidliche Verschleiß kompensiert und das durch den Verschleiß veränderte Lagerspiel auf den gewünschten Wert nachgestellt werden.A device for adjusting the axial play of angular contact bearings, the DE 197 34 998 B4 be removed. Between an axially displaceable bearing ring and acting as an abutment retaining element a Anstellelement is arranged, which consists of a shape memory alloy. As a result of the operating temperature of the angular rolling bearing, there is a structural transformation of the shape memory alloy and thus to a growth in length of the Anstellelements. In this way, the unavoidable wear in the storage during use is to be compensated for and the changed by the wear bearing clearance to the desired value.

Aus der DE 10 2004 030 964 A1 ist ein zweireihiges Rollenlager bekannt, welches zwischen den Innenlaufbahnen des inneren Lagerrings einen axial geteilten Führungsring aufweist, der aus zwei Teilringen besteht. Die Teilringe sind durch mehrere aus einer Formgedächtnislegierung bestehende Zwischenstücke derart miteinander verbunden sind, dass bei jeder Betriebstemperatur durch selbsttätige Längenveränderungen der Zwischenstücke eine annähernd konstante axiale Vorspannung auf die Rollen der Rollenlagers erzeugbar ist. Als Formgedächtnislegierung wird bevorzugt eine Beta-Nickel-Titan-Legierung mit Pseudoelastizität als Formgedächtniseigenschaft eingesetzt.From the DE 10 2004 030 964 A1 is a double-row roller bearing is known which has an axially divided guide ring between the inner races of the inner bearing ring, which consists of two partial rings. The partial rings are interconnected by a plurality of shape memory alloy intermediate pieces such that at each operating temperature by automatic changes in length of the intermediate pieces, an approximately constant axial bias on the rollers of the roller bearing can be generated. As a shape memory alloy, a beta-nickel-titanium alloy having pseudoelasticity is preferably used as the shape memory property.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lageranordnung zur Verfügung zu stellen, welche die durch ungleichmäßige Stoßbelastung und Winkelfehler eines gelagerten Bauteils, insbesondere einer gelagerten Welle, hervorgerufene Kantenspannungen reduzieren soll, wobei keine uner wünschte Reduzierung der Tragzahl des Lagers resultieren soll. Die Lageranordnung soll mit geringem Aufwand gefertigt und montiert werden können und im Vergleich zu herkömmlichen Lagern nur einen geringfügig erhöhten Bauraum benötigen.The Object of the present invention is a bearing assembly to provide that by uneven Impact load and angular error of a stored component, in particular a mounted shaft, caused edge stresses should reduce, with no unwanted reduction of Load rating of the bearing should result. The bearing assembly should with can be manufactured and assembled with little effort and in the Only a small amount compared to conventional bearings require increased space.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Lageranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass zur Lösung der Aufgabe, die bislang durch spezielle Formgebung von Lagerteilen oder aufwendige Konstruktionen angestrebt wurde, ein Formgedächtnisbauteil eingesetzt werden kann, welches aus einer Formgedächtnislegierung mit Pseudoelastizität (gelegentlich auch als Superelastizität bezeichnet) als Formgedächtniseigenschaft besteht. Die erfindungsgemäße Lageranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein solches zwischen einer ersten Lagerfläche und dem gelagerten Bauteil (vorzugsweise eine gelagerte Welle) angeordnetes Formgedächtnisbauteil umfasst.to Solution to this problem is a bearing assembly according to the appended claim 1. Surprisingly proved to be the solution to the task that hitherto by special shaping of bearing parts or complex constructions was sought, a shape memory component used which can be made of a shape memory alloy with pseudo elasticity (sometimes also called superelasticity designated) as a shape memory property. The Inventive bearing arrangement is characterized characterized in that it is such between a first storage area and the supported component (preferably a supported shaft) Shape memory component includes.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch den Einsatz einer pseudoelastischen Formgedächtnislegierung zwischen Lager und Welle die maximal auftretenden Spannungen durch elastische Formänderung des Formgedächtnisbauteils begrenzt werden. Das einzubringende Bauteil verringert die Auflagefläche dabei nicht. Die Tragfähigkeit des Lagers bleibt vollständig erhalten. Die elastischen Formänderungen gleichen nach derzeitigem Entwicklungsstand Wellenverkippungen bis etwa 0,1° aus. Dies entspricht der Leistungsfähigkeit der Lösungen mit ballig geschliffener Laufbahn des Innenrings. Es jedoch durchaus denkbar, dass mit künftigen Legierungen auch höhere Wellenverkippungen erreichbar sind.One Advantage of the solution according to the invention exists in that by using a pseudoelastic shape memory alloy between bearing and shaft the maximum occurring voltages elastic deformation of the shape memory component be limited. The component to be introduced reduces the bearing surface not here. The bearing capacity of the bearing remains complete receive. The elastic deformations resemble Current development level Wellenverkippungen to about 0.1 ° off. This corresponds to the performance of the solutions with crowned ground raceway of the inner ring. It certainly does conceivable that with future alloys also higher Wellenverkippungen are achievable.

Als vorteilhaft hat sich beim Einsatz an einem ringförmigen Lager ein ebenfalls ringförmiges Formgedächtnisbauteil erwiesen. Ein derartig geformtes Bauteil lässt sich besonders einfach herstellen und gemeinsam mit dem Lager auf der Welle montieren.When advantageous has in use on an annular Bearings also a ring-shaped shape memory component proved. Such a molded component is particularly Simply make and mount together with the bearing on the shaft.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lager ein Wälzlager, welches einen Außenring, einen Innenring und zwischen Außenring und Innenring angeordnete Wälzkörper umfasst. Das Formgedächtnisbauteil ist bei dieser Ausführung zwischen Welle und Innenring angeordnet. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann das Formgedächtnisbauteil aber auch zwischen einem Gehäusebauteil und einer am Außenring eines Wälzlagers angeordneten Lagerfläche angeordnet sein.To In a preferred embodiment, the bearing is a roller bearing, which has an outer ring, an inner ring and between outer ring and inner ring arranged rolling elements comprises. The shape memory component is in this embodiment arranged between the shaft and inner ring. In modified embodiments but the shape memory component but also between a Housing component and one on the outer ring of a rolling bearing arranged bearing surface can be arranged.

Von Vorteil ist es, wenn das Bauteil mit einer vorgegebenen Vorspannung montiert ist. Dadurch ist der pseudoelastischer Werkstoff des Formgedächtnisbauteils schon mit einer entsprechenden Spannung beaufschlagt. Auf diese Weise lässt sich die den Umwandlungsvorgang von Austenit zum Martensit einleitende Spannung, welche eine Verformung des Werkstoffs ermöglicht, einstellen. Die zum Auslösen des pseudoelastischen Effekts aufzubringende Spannung reduziert sich um den Betrag der Vorspannung.From Advantage is when the component with a predetermined preload is mounted. As a result, the pseudoelastic material of the shape memory component already subjected to a corresponding voltage. To this Way, the austenite transformation process can be done to the martensite initiating stress, which is a deformation of the material allows to adjust. The triggering of the pseudoelastic Effects to be applied voltage is reduced by the amount of Preload.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Formgedächtnislegierung des Formgedächtnisbauteils entsprechend der zu erwartenden Betriebtemperaturen ausgeführt. Die Umwandlung von Austenit zum Martensit erfolgt in einem Temperaturbereich, der sehr stark von der Zusammensetzung der Legierung abhängig ist. Durch Verändern dieser Legierungsbestandteile kann dieser Temperaturbereich gezielt beeinflusst und dadurch an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst werden. Nach einer weitergebildeten Ausführung ist die Formgedächtnislegierung für Betriebstemperaturen von etwa –15°C bis etwa 120°C auslegbar. Mit den derzeit bekannten Legierungen finden außerhalb dieser Temperaturgrenzen keine Umwandlungsvorgänge mehr statt. Dadurch geht auch die mit diesen Umwandlungsvorgängen verbundene Eigenschaft der Pseudoelastizität verloren. Die Anordnung würde sich daher nur noch wie eine konventionelle Lagerung verhalten. Die Angabe dieser Temperaturgrenzen soll keine einschränkende Wirkung haben. Mit künftigen Legierungen könnten durchaus andere Temperaturbereiche erreicht werden.In a preferred embodiment, the shape memory alloy of the shape memory component is designed according to the expected operating temperatures. The transformation of austenite to martensite takes place in a temperature range that depends very much on the composition of the alloy. By changing these alloy components, this temperature range can be specifically influenced and thereby adapted to the respective application. According to a further developed embodiment, the shape memory alloy for operating temperatures of about -15 ° C to about 120 ° C can be interpreted. With the currently known alloys, no conversion processes take place outside of these temperature limits. This also affects the property of pseudoelasticity associated with these transformations lost. The arrangement would therefore only behave like a conventional storage. The indication of these temperature limits should not have any limiting effect. With future alloys quite different temperature ranges could be achieved.

Vorteilhafterweise folgt die Dicke des Formgedächtnisbauteils aus der Anwendung. Der bestimmende Parameter ist dabei die zu erwartenden dauerhafte elastische Dehnung der eingesetzten Formgedächnislegierung. Unter Berücksichtigung dieser Dehnung und einer maximal geforderten Verkippung lässt sich die notwendige Bauteildicke bestimmen.advantageously, The thickness of the shape memory component follows from the application. The determining parameter is the expected permanent one Elastic stretching of the used Formgedächnislegierung. Taking into account this strain and a maximum required tilting can be the necessary component thickness determine.

In diesem Zusammenhang hat sich die Verwendung einer Nickel-Titan-Legierung als pseudoelastische Formgedächtnislegierung als besonders vorteilhaft erwiesen. Nickel-Titan-Legierungen weisen besonders gute Dämpfungseigenschaften auf. Natürlich können auch andere Legierungen, wie beispielsweise Kupfer-Zink, Kupfer-Zink-Aluminium, Kupfer-Zink-Nickel und Eisen-Nickel-Aluminium eingesetzt werden.In In this context, the use of a nickel-titanium alloy as pseudoelastic shape memory alloy as particularly advantageous proved. Nickel-titanium alloys have particularly good damping properties on. Of course, other alloys, such as copper-zinc, copper-zinc-aluminum, copper-zinc-nickel and iron-nickel-aluminum are used.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das ringförmige Formgedächtnisbauteil eine Dicke von etwa 2 mm bei einer Bauteilbreite von ungefähr 15 mm bis 25 mm aufweist. Mit einer derartigen Ausführung sind dauerhaft elastische Dehnungen von etwa 2% erreichbar. Die erforderliche Kompression der pseudoelastischen Legierung zum Ausgleich von Spitzenspannungen ab 80% Cr bzw. einer Verkippung der Welle von 0,1° beträgt für einen 2 mm dicken Ring aus einer Formgedächtnislegierung weniger als 2%. Somit ist der Einsatz eines 2 mm dicken Rings für einen derartigen Anwendungsrahmen ausreichend.It has proven to be expedient if the annular shape memory component has a thickness of about 2 mm with a component width of about 15 mm to 25 mm. With such a design permanently elastic strains of about 2% can be achieved. The required compression of the pseudoelastic alloy to compensate for peak stresses from 80% C r and a tilt of the shaft of 0.1 ° for a 2 mm thick ring made of a shape memory alloy is less than 2%. Thus, the use of a 2 mm thick ring is sufficient for such an application frame.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further Advantages, details and developments of the present invention result from the following description of preferred embodiments, with reference to the drawing. Show it:

1 eine Teilansicht einer als Wälzlager aufgebauten erfindungsgemäßen Lageranordnung; 1 a partial view of a constructed as a rolling bearing assembly according to the invention;

2 die erfindungsgemäße Lageranordnung mit einer darin gelagerten Welle in einem nicht verformten Zustand; 2 the bearing assembly according to the invention with a shaft mounted therein in an undeformed state;

3 die erfindungsgemäße Lageranordnung mit der darin gelagerten Welle in einem verformten Zustand; 3 the bearing assembly according to the invention with the shaft mounted therein in a deformed state;

4 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm des pseudoelastischen Werkstoffs eines Formgedächtnisbauteils. 4 a stress-strain diagram of the pseudoelastic material of a shape memory component.

1 zeigt eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in Form eines Wälzlagers. Die Lageranordnung umfasst ein ringförmig ausgeführtes Formgedächtnisbauteil 01 aus einer Formgedächtnislegierung mit Pseudoelastizität als Formgedächtniseigenschaft. Vorzugsweise wird als Legierung eine Nickel-Titan-Legierung eingesetzt. Das Formgedächtnisbauteil 01 ist in ein Wälzlager eingebaut. Das Wälzlager besteht aus einem Außenring 02, einem Innenring 03 und zwischen Außenring 02 und Innenring 03 angeordneten Wälzkörpern 04. 1 shows a partial view of a bearing assembly according to the invention in the form of a rolling bearing. The bearing arrangement comprises a ring-shaped shape memory component 01 a shape memory alloy having pseudoelasticity as shape memory property. Preferably, a nickel-titanium alloy is used as the alloy. The shape memory component 01 is installed in a rolling bearing. The rolling bearing consists of an outer ring 02 , an inner ring 03 and between outer ring 02 and inner ring 03 arranged rolling elements 04 ,

Das Formgedächtnisbauteil 01 befindet sich bei der hier gezeigten Ausführungsform an der zu einem zu lagernden Bauteil gerichteten ersten Lagerfläche am Innenring 03 des Wälzlagers und ist so ausgebildet, dass es vollflächig am Innenring 03 anliegt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die komplette Auflagefläche des Lagers weiterhin für die Krafteinleitung zur Verfügung steht und somit die Tragfähigkeit des Lagers vollständig erhalten bleibt.The shape memory component 01 located in the embodiment shown here on the directed to a component to be stored first bearing surface on the inner ring 03 of the rolling bearing and is designed so that it is completely on the inner ring 03 is applied. In this way, it is ensured that the entire contact surface of the bearing is still available for the introduction of force and thus the bearing capacity of the bearing is completely retained.

2 zeigt in einer vereinfachten Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung im unkomprimierten Zustand. Das Formgedächtnisbauteil 01 befindet sich zwischen dem Innenring 03 des Wälzlagers und einer Welle 05 als gelagertem Bauteil. Im dargestellten Zustand liegen keine zu kompensierenden Fehlstellungen der Welle 05 vor, welche durch das Formgedächtnisbauteil 01 aufgenommen werden müssen. Das Bauteil 01 befindet sich daher in einem nicht verformten Zustand. 2 shows a simplified schematic representation of the device according to the invention in the uncompressed state. The shape memory component 01 located between the inner ring 03 of the rolling bearing and a shaft 05 as a stored component. In the illustrated state, there are no malpositions of the shaft to be compensated 05 which, through the shape memory component 01 must be included. The component 01 is therefore in a non-deformed state.

3 zeigt das Formgedächtnisbauteil in einem verformten Zustand. Im dargestellten Beispiel liegt eine Fehlstellung der Welle 05 vor, welche durch das pseudoelastische Verhalten des Formgedächtnisbauteils 01 ausgeglichen werden muss. Der Darstellung kann entnommen werden, dass sich das Formgedächtnisbauteil 01 entsprechend der Wellenverkippung verformt, dadurch wird die Fehlstellung der Welle 01 kompensiert, d. h. die Achse der Lagerung weist nach wie vor keinen Winkelfehler auf. Dadurch, dass mögliche Fehlstellungen der Welle 01 vom erfindungsgemäß ausgerüsteten Wälzlager ausgeglichen werden können, lassen sich die bei konventionellen Lagerungen auftretenden erheblichen Kantenspannungen reduzieren. Ein großer Vorteil derart ausgeführter Lagerungen besteht somit darin, dass sie geringeren Belastungen ausgesetzt sind und dadurch natürlich auch weniger verschleißen. Die damit verbundene längere Lebensdauer ist nicht zu letzt aus Kostengründen sehr vorteilhaft. 3 shows the shape memory component in a deformed state. In the example shown there is a malposition of the shaft 05 which is due to the pseudoelastic behavior of the shape memory component 01 must be compensated. From the illustration it can be seen that the shape memory component 01 deformed according to the Wellenverkippung, thereby the malposition of the shaft 01 compensated, ie the axis of storage still has no angle error. As a result, possible malpositions of the shaft 01 can be compensated by the present invention equipped rolling bearing, the significant edge stresses occurring in conventional bearings can be reduced. A major advantage of such bearings thus carried out is that they are exposed to lower loads and thereby, of course, less wear. The associated longer life is not very last for cost reasons very beneficial.

4 zeigt ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm des pseudoelastischen Werkstoffs, der für das Formgedächtnisbauteil verwendet wird. Die Pseudoelastizität beruht auf einer Phasenwandlung von Austenit zu Martensit unter Belastung. Diese Gefügeänderung geht mit einer Gitterscherung einher, wodurch es zu einer Formänderung bei nur geringfügig ansteigender Spannung kommt. Dies führt zu einem Plateau im Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Der Übergang zwischen den Gefügephasen erfolgt schnell und kann daher auch Spannungsspitzen abdampfen, indem das Material ausweicht. 4 shows a stress-strain diagram of the pseudoelastic material used for the shape memory device. The pseudoelasticity is based on a phase transformation of austenite to martensite under stress. This structural change is accompanied by a lattice shear, causing a change in shape with only slightly increasing tension. This leads to a plateau in the stress-strain diagram. The transition between the structural phases is fast and can therefore evaporate voltage spikes by the material evades.

Die bei der Phasenwandlung aufgenommene Energie spiegelt sich wieder in der Hysterese zwischen Kompression und Entspannung.The Energy absorbed during the phase transformation is reflected again in the hysteresis between compression and relaxation.

Der Übergang von Austenit zu Martensit, welcher durch das Plateau definiert wird, verschiebt sich für höhere Temperaturen zu höheren Spannungen. Für Temperaturen über ca. 120°C findet bei den heute bekannten Legierungen kein Übergang mehr statt. Diese Temperatur wird auch Martensit-Death-Temperatur genannt. Es handelt sich hierbei um eine Materialeigenschaft.The transition from austenite to martensite, which is defined by the plateau, shifts to higher temperatures for higher temperatures Tensions. For temperatures above approx. 120 ° C finds no transition in the alloys known today more instead. This temperature will also martensite death temperature called. It is a material property.

Für sehr hohe Temperaturen verhält sich das Material ähnlich wie Stahl. Im Vergleich zu Stahl ist jedoch der Elastizitätsmodul beispielsweise von Nickel-Titan-Austenit mit 70–80 GPa mehr als die Hälfte kleiner als der von Stahl mit 210 GPa. Auch zu tiefen Temperaturen hin gibt es eine Grenze der Anwendung. Für Temperaturen kleiner 0°C bzw. je nach Legierung auch –15°C liegt die Legierung im martensitischen Gefüge vor. Eine Umwandlung und die damit verbundene Pseudoelastizität sind dann nicht mehr möglich. Außerhalb der genannten Temperaturgrenzen verhält sich die beschriebene Anordnung wie ein konventionelles Lager.For very high temperatures, the material behaves similarly like steel. Compared to steel, however, the modulus of elasticity for example, nickel-titanium austenite with 70-80 GPa more than half smaller than 210 GPa steel. Even at low temperatures, there is a limit to the application. For temperatures less than 0 ° C or depending on the alloy also -15 ° C, the alloy is in the martensitic Structure before. A transformation and the associated pseudo-elasticity are then no longer possible. Outside the mentioned Temperature limits, the described arrangement behaves like a conventional warehouse.

0101
Bauteilcomponent
0202
Außenring des Wälzlagersouter ring of the rolling bearing
0303
Innenring des Wälzlagersinner ring of the rolling bearing
0404
Wälzkörperrolling elements
0505
Wellewave

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Claims (9)

Lageranordnung zur Dämpfung von Stößen und zum Ausgleich von Winkelfehlern an einem gelagerten Bauteil (05), dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zwischen einer Lagerfläche (03) und dem gelagerten Bauteil (05) angeordnetes Formgedächtnisbauteil (01) umfasst, welches aus einer Formgedächtnislegierung mit Pseudoelastizität als Formgedächtniseigenschaft besteht.Bearing arrangement for damping shocks and compensating angular errors on a mounted component ( 05 ), characterized in that one between a storage area ( 03 ) and the stored component ( 05 ) arranged shape memory component ( 01 ) consisting of a shape memory alloy having pseudoelasticity as a shape memory property. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnisbauteil (01) ringförmig ist und an eine ringförmige Lagerfläche (03) angekoppelt ist.Bearing arrangement according to claim 1, characterized in that the shape memory component ( 01 ) is annular and to an annular bearing surface ( 03 ) is coupled. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Wälzlager ausgebildet ist, welches einen Außenring (02), einen Innenring (03) und zwischen Außenring (02) und Innenring (03) angeordnete Wälzkörper (04) umfasst, und dass das Formgedächtnisbauteil (01) zwischen einer gelagerten Welle (05) und dem Innenring (03) angeordnet ist.Bearing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that it is designed as a rolling bearing, which has an outer ring ( 02 ), an inner ring ( 03 ) and between outer ring ( 02 ) and inner ring ( 03 ) arranged rolling elements ( 04 ), and in that the shape memory component ( 01 ) between a stored shaft ( 05 ) and the inner ring ( 03 ) is arranged. Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Wälzlager ausgebildet ist, welches einen Außenring (02), einen Innenring (03) und zwischen Außenring (02) und Innenring (03) angeordnete Wälzkörper (04) umfasst, und dass das Formgedächtnisbauteil (01) zwischen einem Gehäuseteil und dem Außenring (02) angeordnet ist.Bearing arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that it is designed as a rolling bearing, which has an outer ring ( 02 ), an inner ring ( 03 ) and between outer ring ( 02 ) and inner ring ( 03 ) arranged rolling elements ( 04 ), and in that the shape memory component ( 01 ) between a housing part and the outer ring ( 02 ) is arranged. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnisbauteil (01) mit einer vorgegebenen Vorspannung zwischen der Lagerfläche und dem gelagerten Bauteil montiert ist.Bearing arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shape memory component ( 01 ) is mounted with a predetermined bias between the bearing surface and the mounted component. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung des Formgedächtnisbauteils entsprechend der zu erwartenden Betriebstemperaturen so ausgeführt ist, dass im Betriebstemperaturbereich die Formgedächtniseigenschaft erhalten bleibt.Bearing arrangement according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the shape memory alloy the shape memory component according to the expected Operating temperatures is designed so that in the operating temperature range the Shape memory property is preserved. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung in einem Betriebstemperaturbereich von etwa 0°C bis 120°C ihre Formgedächtniseigenschaft besitzt.Bearing arrangement according to Claim 6, characterized that the shape memory alloy in an operating temperature range from about 0 ° C to 120 ° C its shape memory property has. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Formgedächtnisbauteil (01) eine Dicke von etwa 2 mm aufweist.Bearing arrangement according to one of claims 2 to 7, characterized in that the annular shape memory component ( 01 ) has a thickness of about 2 mm. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als pseudoelastische Formgedächtnislegierung des Formgedächtnisbauteils eine Nickel-Titan-Legierung eingesetzt wird.Bearing arrangement according to one of the claims 1 to 8, characterized in that as pseudoelastic shape memory alloy the shape memory component is a nickel-titanium alloy is used.
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