DE102009056355A1

DE102009056355A1 - Wälzlager mit einer Maßverkörperung

Info

Publication number: DE102009056355A1
Application number: DE102009056355A
Authority: DE
Inventors: Jörg-Oliver Hestermann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-01
Also published as: WO2011064060A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Wälzlager (1) mit einer Maßverkörperung, wobei das Wälzlager (1) Lagerringe (2, 3) aufweist, nämlich einen Lagerinnenring (2) und einen dazu beabstandeten, relativ zum Lagerinnenring (2) rotierbaren Lageraußenring (3), zwischen denen mehrere Wälzkörper (4) angeordnet sind. Erfindungsgemäß weist die Maßverkörperung ein von einem Sensorelement (12) detektierbares Geberelement (10) auf, das an einer Axialfläche (6) der Lagerringe (2, 3) angebracht ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einer Maßverkörperung, wobei das Wälzlager Lagerringe aufweist, nämlich einen Lagerinnenring und einen vorzugsweise radial dazu beabstandeten, relativ zum Lagerinnenring rotierbaren Lageraußenring, zwischen denen mehrere Wälzkörper angeordnet sind.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik, etwa der DE 19640895 B4 sind Wälzlager mit integrierten Drehzahlmesseinrichtungen bekannt.
So offenbart die DE 19640895 B4 ein Wälzlager mit einer integrierten Drehzahlmesseinrichtung, das einen Lagerinnenring, einen Lageraußenring und zwischen diesen angeordnete Wälzkörper für eine radiale Lagerung enthält, wobei die Drehzahlmesseinrichtung mindestens einen Messwert-Sensor und einen Messwert-Geberring aufweist, der an einem der Lagerringe befestigt ist und an seiner Außenmantelfläche eine in Umfangsrichtung verlaufende Skala bzw. Maßverkörperung aufweist, wobei der Lagerinnenring an dem Lageraußenring zusätzlich mit Axialwälzlagern drehbar gelagert ist und wobei der Geberring eine Laufbahn für eines der beiden Axialwälzlager bildet.
Ein solch integriertes Messsystem weist im Vergleich zu externen Messsystemen, die über eine Kupplung mit einer Drehachse verbunden sind, den Vorteil auf, dass sie aufgrund der direkten Anbindung der Maßverkörperung an dem drehenden Teil die Schwingungsneigung signifikant reduziert. Dies ist insbesondere beim Einsatz in Werkzeugmaschinen zur Erreichung einer besonders hohen Reglerverstärkung von großem Vorteil.
Die in der DE 10640895 B4 offenbarte Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass sie nur für einige Bauformen realisierbar ist. So wird dort von einer Maßverkörperung auf einer radialen Mantelfläche ausgegangen, die somit am drehenden Teil des Wälzlagers radial von außen für ein Sensorelement zugängig sein muss. Dies ruft Probleme in der Gestaltung der Lagerringe hervor.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den Lösungen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Integration der Skala zu schaffen, welche kostengünstig herstellbar ist, nur einen geringen Bauraum erfordert, hohe Genauigkeiten ermöglicht, zusätzlich einfach umsetzbar ist und große Auslegungsfreiheitsgrade zur Verfügung stellt.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Maßverkörperung ein von einem Sensorelement detektierbares Geberelement aufweist, das an einer nicht-zylindrische Fläche der Lagerringe angebracht ist. Dies betrifft insbesondere auch die Axialflächen.
Selbst bei Wälzlagerformen, die die Verbindung einer radialen Mantelfläche mit einem Geberelement nicht ermöglichen, ist das Anbringen der Maßverkörperung durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung gewährleistbar. Gerade bei Werkzeugmaschinen ist dann eine präzise Messung der Winkel und/oder der Drehgeschwindigkeit ermöglicht, ohne dass zusätzlich Bauraum für die Maßverkörperung zur Verfügung gestellt werden muss. Es bietet sich diese Erfindung insbesondere bei Wälzlagern an, bei denen der Lageraußenring radial vom Lagerinnenring beabstandet ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn das Geberelement an der Axialfläche des drehenden Lagerinnenrings oder an der Axialfläche des drehenden Lageraußenrings angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine Vormontage einfach gewährleistbar und eine Stromversorgung des Sensorelementes einfach bewerkstelligbar.
Es ist ferner von Vorteil, wenn das Geberelement eine Skala aufweist.
Um besonders wenig Bauraum zu benötigen ist es von Vorteil, wenn das Geberelement in einer Vertiefung verankert ist, die als Nut ausgebildet sein kann und auf der Axialfläche umlaufend ausgebildet sein kann.
Wenn axial zum Geberelement beabstandet, das ortsfeste Sensorelement zur Zusammenwirkung mit dem Geberelement angeordnet ist, so wird über einen kleinen zwischen dem Geberelement und dem Sensorelement vorhandenen Luftspalt beispielsweise induktiv eine Reaktion im Sensorelement hervorgerufen, die zu einer Auswertung weiterleitbar ist und dann entsprechend Aufschluss über die Winkeländerungen und/oder die Drehgeschwindigkeit ermöglicht. Die Präzision der Messung wird dadurch erhöht. In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist das Sensorelement am Lageraußenring befestigt.
Die Montage wird vereinfacht, wenn eine Trägervorrichtung die Verbindung zwischen dem Lageraußenring und dem Sensorelement sicherstellt.
Um das Messsystem besonders steif ausgestalten zu können, ist es von Vorteil, wenn das Sensorelement ein integraler Bestandteil der Trägervorrichtung ist.
Die Positionierbarkeit und Voreinstellbarkeit des Wälzlagers wird erleichtert, wenn die Trägervorrichtung mit einer radialen Umfangsfläche des Lageraußenrings in Berührung steht.
Auch ist es von Vorteil, wenn das Wälzlager als Kreuzrollenlager oder als Schrägkugellager, wie ein Axial-Schrägkugellager, ausgebildet ist. Gerade solche Ausführungsformen haben sich bei Werkzeugmaschinen, wie CNC-Maschinen, Drehmaschinen oder Fräsmaschinen bewährt.
Wenn das Wälzlager gedichtet ausgeführt ist, lässt sich die Lebensdauer des Wälzlagers deutlich erhöhen.
Es ist auch möglich, dass die Maßverkörperung in Form einer Magnetpaste realisiert wird, bspw. dadurch, dass das Geberelement aus Magnetpaste in eine auf der Axialfläche der Lagerinnenringschale eingebrachte Vertiefung eingebracht ist.
Auch massive Bauteile, die als Geberelement dienen, lassen sich in eine entsprechende Vertiefung auf der Axialfläche des Lageraußenrings, etwa mittels Schrumpfen, Kleben oder Schrauben einbringen. Analog zum drehend Lagerinnenring, gilt dies ebenso auch für einen drehenden Lageraußenring.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in Querschnittsdarstellung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in Querschnittsdarstellung;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in Querschnittsdarstellung;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in Querschnittsdarstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren sind lediglich schematischer Darstellungsart und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Wälzlagers 1 dargestellt. Dieses Wälzlager ist nur mit seiner oberen Hälfte dargestellt und wie das Wälzlager 1 im Ausführungsbeispiel gemäß 2 als Kreuzrollenlager ausgestaltet. Das Wälzlager 1 weist dabei einen Lagerinnenring 2 und einen Lageraußenring 3 auf. Zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem Lageraußenring 3 sind Wälzkörper 4 angedeutet. Die Wälzkörper 4 sind in den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Rollen ausgebildetet, die in Umfangsrichtung um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Zwischen diesen Rollen, die als Wälzkörper 4 dienen, können sich Zwischenstücke befinden. Der Lageraußenring 3 umgibt radial und leicht in axialer Richtung versetzt, zumindest einen Großteil der radialen Umfangsfläche des Lagerinnenrings 2. Dichtelemente 5 stellen eine Dichtwirkung sicher, so dass keine Verunreinigung, Flüssigkeit oder Schmutz in den Bereich der Wälzkörper 4 gelangen kann.
Auf einer nichtzylindrischen Fläche, nämlich einer Axialfläche 6 des im Ausführungsbeispiel gemäß 1 drehend angeordneten Lagerinnenrings, ist eine Vertiefung 7 vorgehalten. Die Vertiefung 7 ist als eine um eine Drehachse 8 radial umlaufende Nut 9 ausgebildet. Im Inneren der Nut 9 ist ein Geberelement 10 angeordnet. Dieses Geberelement 10 stellt letztlich die Maßverkörperung dar. Das Geberelement 10 kann beispielsweise massiv ausgebildet sein oder aus Magnetpaste bestehen.
Sowohl im Lagerinnenring 2 als auch im Lageraußenring 3 sind Durchgangsbohrungen 11 vorhanden. Die Durchgangsbohrungen 11 können auch durch nichtspanende Formgebung, z. B. durch umformende Maßnahmen geschaffen sein und als eine einen Formschluss ermöglichende Elementeanordnung ausgebildet sein.
Die Dichtkörper 5 stehen im schleifenden Kontakt entweder mit dem Lagerinnenring 2 und/oder mit dem Lageraußenring 3. Es ist möglich, dass die beiden Dichtkörper entweder an dem Lagerinnenring 2 oder dem Lageraußenring 3 schleifend anliegen, oder aber der eine Dichtkörper 5 an dem Lagerinnenring 2 und der andere Dichtkörper 5 an dem Lageraußenring 3 schleifend anliegt.
Axial zum Geberelement 10 beabstandet, ist ein Sensorelement 12 lageraußenringfest angeordnet. Dabei ist das Sensorelement 12 in eine Trägervorrichtung 13 integriert. Die Trägervorrichtung 13 agiert dabei als Gehäuse.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 1 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 2 das Sensorelement 12 ein separates Bauteil, welches an der Trägervorrichtung 13 angebracht ist. Dabei wird bspw. eine Schraubverbindung realisiert. In beiden Ausführungsbeispielen ist eine nicht dargestellte Schraubverbindung auch zwischen Trägervorrichtung 13 und dem Lageraußenring 3 realisiert.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, dass in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Trägervorrichtung 13 auf der radialen Außenumfangsfläche des Lageraußenrings 3 bündig anliegt. Bei einer Relativbewegung des Sensorelementes 12 zum Geberelement 10, findet eine Zustandsänderung statt, die vom Sensorelement 12 detektierbar ist und über nicht dargestellte Leitungsvorrichtungen an eine Auswerteeinheit weiterleitbar ist.
In Abwandlung der ersten beiden Ausführungsbeispiele wird in den in den 3 und 4 gezeigten dritten und vierten Ausführungsbeispielen statt einer Kreuzrollenlagerung eine Axial-Schrägkugellagerung des Wälzlagers 1 realisiert. Auch hier ist zwischen dem Sensorelement 12 und dem Geberelement 10 ein kleiner Spalt 14 vorhanden. Die Lagerinnenringe 2 des dritten und vierten Ausführungsbeispiels sind dabei zweigeteilt ausgestaltet. Auch sind die Wälzkörper 4 nicht als Rollen, sondern als Kugeln ausgestaltet, wobei ein Teil des die Kugel relativ zueinander positionierenden Käfigs 15 erkennbar ist.
Während im dritten Ausführungsbeispiel, gemäß 3, die Trägervorrichtung 13 mit dem Sensorelement 12 integriert ausgestaltet ist, sind im Ausführungsbeispiel gemäß der 4 diese beiden Elemente getrennt voneinander ausgestaltet und über eine nicht dargestellte Schraubverbindung miteinander kombiniert.
Auch in den beiden Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4 sind Dichtkörper 5 zur Sicherstellung einer langen Lebensdauer und Vermeidung des Eindringens von Verunreinigungen vorhanden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Dichtkörper 5 mit dem einheitlich ausgestalteten Lageraußenring 3 verbunden und in schleifendem Kontakt mit einer radialen Umfangsfläche des Lagerinnenrings 2.
Die dargestellten Wellenlager können sowohl Axial- als auch Radialkräfte aufnehmen und sind daher besonders geeignet in hochwertigen Werkzeugmaschinen eingesetzt zu werden. Es bietet sich die Verwendung insbesondere in CNC-, Dreh- und/oder Fräsmaschinen an. Die Wälzlager der dargestellten Ausführungsbeispiele sind als spielfreie Lager ausgestaltet, können jedoch ein Spiel von 20–50 μm aufweisen, vorausgesetzt der Spalt 14 ist größer als das jeweilige Lagerspiel bemessen, um ein Aufsetzen des Sensorelementes 12 auf der Axialfläche 6 des Lagerinnenrings 2, und somit auch auf dem Geberelement 10, zu verhindern. Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei reinen Axial- oder Radiallagern realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Lagerinnenring
3: Lageraußenring
4: Wälzkörper
5: Dichtkörper
6: Axialfläche
7: Vertiefung
8: Drehachse
9: Nut
10: Geberelement
11: Durchgangsbohrung
12: Sensorelement
13: Trägervorrichtung
14: Spalt
15: Käfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19640895 B4 [0002, 0003]
DE 10640895 B4 [0005]

Claims

Wälzlager (1) mit einer Maßverkörperung, wobei das Wälzlager (1) Lagerringe (2, 3) aufweist, nämlich einen Lagerinnenring (2) und einen dazu beabstandeten, relativ zum Lagerinnenring (2) rotierbaren Lageraußenring (3), zwischen denen mehrere Wälzkörper (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperung ein von einem Sensorelement (12) detektierbares Geberelement (10) aufweist, das an einer nichtzylindrischen Fläche der Lagerringe (2, 3) angebracht ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (10) an der Axialfläche (6) des drehenden Lagerinnenrings (2) oder an der Axialfläche des drehenden Lageraußenrings (3) angeordnet ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (10) eine Skala aufweist.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (10) in einer Vertiefung (7) verankert ist, die als Nut (9) ausgebildet sein kann und auf der Axialfläche (6) umlaufend ausgebildet sein kann.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass axial zum Geberelement (10) beabstandet das ortsfeste Sensorelement (12) zur Zusammenwirkung mit dem Geberelement (10) angeordnet ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trägervorrichtung (13) die Verbindung zwischen dem Lageraußenring (3) und dem Sensorelement (12) sicherstellt.
Wälzlagerlager (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) ein integraler Bestandteil der Trägervorrichtung (13) ist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägervorrichtung (13) mit einer radialen Umfangsfläche des Lageraußenrings (3) in Berührung steht.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) als Kreuzrollenlager oder als Schrägkugellager, wie ein Axial-Schrägkugellager, ausgebildet ist.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (1) gedichtet ausgeführt ist.