DE102011079080A1 - Lager mit einer Energieerzeugungseinheit - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer als Klauenpolgenerator ausgebildeten Energieerzeugungseinheit.
- Aus der Praxis ist bekannt, aus der Drehbewegung des Wälzlagers im Betrieb elektrische Energie zu erzeugen. Hierzu sind insbesondere Wälzlager bekannt, in die eine Energieerzeugungseinheit baulich integriert ist. Speziell sind Wälzlager bekannt, bei denen die Energieerzeugungseinheit als Klauenpolgenerator ausgebildet ist.
- Der Klauenpolgenerator umfasst dabei einen ersten Klauenring mit einer in Umfangsrichtung des Wälzlagers verlaufenden Abfolge von ersten Klauen, einen zweiten Klauenring mit einer in Umfangsrichtung des Wälzlagers verlaufenden Abfolge von zweiten Klauen, eine von den beiden Klauenringen umgebene Induktionsspule, die die Drehachse des Wälzlagers umläuft, wobei die beiden Klauenringe in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Der Klauenpolgenerator umfasst weiter eine in Umfangsrichtung verlaufende Abfolge von magnetischen Polen. Steht eine erste Klaue des ersten Klauenrings einem ersten Pol, beispielsweise einem Nordpol, gegenüber, wird ein magnetischer Kreis über eine in Umfangsrichtung benachbarte zweite Klaue, nämlich eine Klaue des zweiten Klauenrings zu einem in Umfangsrichtung benachbarten zweiten, ungleichnamigen, magnetischen Pol, in diesem Fall einem Südpol, gebildet, der die Induktionsspule umgibt. Dreht sich der Lagerring mit den beiden Klauenringen weiter, steht die zweite Klaue dem Nordpol gegenüber und die erste Klaue einem Südpol, so dass sich die Richtung des die Induktionsspule umgebenden magnetischen Kreises umkehrt und in der Induktionsspule eine magnetische Spannung erzeugt wird. In ein Wälzlager integriert, sind die beiden Klauenringe sowie die Induktionsspule an einem der beiden Lagerringe des Wälzlagers befestigt und die magnetischen Pole an dem anderen der beiden Lagerringe.
- Die im wesentlichen parallel zu der Drehachse des Lagers abgestellten Klauen der Klauenringe auf der einen Seite sowie die magnetischen Pole auf der anderen Seite begrenzen einen Spalt, der die Drehachse des Lagers umläuft und dabei im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist. Der Spalt weist eine nur geringe Spaltbreite von weniger als ca. 1 Millimeter auf, wobei die geringe Spaltbreite dazu beiträgt, dass sich der magnetische Kreis über den Spalt hinweg schließen kann.
- Aus der Praxis der Lager, insbesondere der Wälzlager, ist bekannt, dass zwischen den Lagerringen beispielsweise ein Schmiermittel vorgesehen ist, das von außen zwischen die Lagerringe gefördert wird. Der enge Spalt des Klauenpolgenerators, zwischen den Klauen und den magnetischen Polen, erschwert eine Förderung des verbrauchten oder verschmutzten Schmiermittels oder anderer Produkte, beispielsweise von Wasser, das als Kondenswasser oder als Zersetzungsprodukt des Schmiermittels in dem Lager entstanden sein kann, aus dem Lager hinaus.
- In den engen Spalt gelangendes Schmiermittel kann weiter eine Kohäsionsschicht ausbilden, so dass eine Haftreibung zwischen den magnetischen Polen sowie den Klauen entsteht, die eine Drehung des Wälzlagers bei geringen Drehzahlen hemmt. Partikel in dem Schmiermittel, die einmal in den Spalt gelangt sind, lassen sich dauerhaft nicht aus dem Spalt entfernen und beschädigen den Klauenpolgenerator insgesamt. Der Spalt mit der geringen Spaltbreite erweist sich insbesondere dann als problematisch, wenn das Wälzlager geschmiert wird, wenn also unter Druck Schmiermittel in den abgedichteten Zwischenraum zwischen den Lagerringen eingeführt wird, so dass es aufgrund der unzureichenden Abfuhr des Schmiermittels zu Planschverlusten im Betrieb des Wälzlagers kommen kann.
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WO 2011/000362 A1 beschreibt ein als Wälzlager ausgebildetes Lager mit zwei Lagerringen, mehreren Wälzkörpern, die von einem Lagerkäfig geführt werden, und einer als Klauenpolgenerator ausgebildeten Energieerzeugungseinheit, wobei der Klauenpolgenerator einen ersten Klauenring mit einer Abfolge von ersten Klauen und einen in Umfangsrichtung des Lagerrings versetzen zweiten Klauenring mit einer Abfolge von zweiten Klauen aufweist, wobei die beiden Klauenringe eine in Umfangsrichtung des ersten Lagerrings umlaufende Induktionsspule umgeben, wobei die Klauen der beiden Klauenringe mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen die Induktionsspule umgebenden magnetische Kreise ausbilden. Die Klauen der beiden Klauenringe an dem ersten Lagerring sind im wesentlichen parallel zu der Drehachse des Wälzlagers abgestellt. Die magnetischen Pole an dem zweiten Lagerring sind im wesentlichen radial ausgerichtet, so dass die Klauen und die magnetischen Pole beidseits einen im wesentlichen zylindrischen Spalt begrenzen, der die Drehachse umgibt. Durch eine derartigen Spalt ist eine Förderung eines Mediums, insbesondere eines Schmiermittels aus dem Lagerinneren, also dem Raum zwischen den beiden Lagerringen, nach außen aus dem Lager hinaus kaum möglich, zumal der Spalt nur eine geringe Spaltbreite von ca. 0,5 Millimetern aufweist und sich über ein Vielfaches dieser Spaltbreite parallel zu der Drehachse erstreckt. -
US 6,838,794 B2 beschreibt ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, mit einem ersten Lagerring, einem zweiten Lagerring und einer Energieerzeugungseinheit, die als Klauenpolgenerator ausgestaltet ist. Der Klauenpolgenerator umfasst einen an dem ersten Lagerring befestigten ersten Klauenring mit einer entlang eines Umfangs des ersten Lagerrings umlaufenden Abfolge von ersten Klauen, einen an dem ersten Lagerring befestigten zweiten Klauenring mit einer entlang des Umfangs des ersten Lagerrings umlaufenden Abfolge von zweiten Klauen, und eine zwischen den beiden Klauenringen angeordnete magnetische Induktionsspule. Das Lager umfasst weiter eine entlang eines Umfangs des zweiten Lagerrings umlaufende, als Magnetring ausgebildete Abfolge von magnetischen Polen sowie eine zwischen den beiden Klauenringen angeordnete magnetische Induktionsspule, wobei sich von einem ersten magnetischen Pol des Magnetrings über eine erste Klaue des ersten Klauenrings und über eine zweite Klaue des zweiten Klauenrings ein geschlossener, die Induktionsspule umlaufender magnetischer Kreis zu dem bezüglich des ersten magnetischen Pols ungleichnamigen zweiten magnetischen Pol des Magnetrings schließt. Die Induktionsspule ist in einer im Querschnitt U-förmigen Aufnahme angeordnet, wobei die Schenkel des U durch die beiden Klauenringe gebildet sind, und wobei die beiden Klauenringe durch den Boden des U miteinander in magnetisch leitender Verbindung stehen. Auch in diesem Fall erweist sich der im wesentlichen zylindrische, zu der Drehachse konzentrische Spalt zwischen den Klauen der Klauenbleche sowie den magnetischen Polen aufgrund der geringen Spaltbreite als im Betrieb hinderlich. -
US 2005/0174011 A1 beschreibt ein als Wälzlager ausgebildetes Lager, nämlich ein Schrägkugel-Lager, mit einem Klauenpolgenerator, wobei die als umlaufender Magnetring ausgebildete Abfolge der magnetischen Pole in einer Ausnehmung des zweiten Lagerrings angeordnet ist und die Induktionsspule im Querschnitt allseitig von den Blechzuschnitten der beiden Klauenringen umgeben abschnittsweise auf einer Stirnfläche des ersten Lagerrings aufsitzt und dabei auch abschnittsweise in einer in der Mantelfläche des ersten Lagerrings angeordneten Ausnehmung angeordnet ist. Die Abfolge der magnetischen Pole ist an einer inneren Mantelfläche angeordnet. Zur Aufnahme der Induktionsspule bzw. der magnetischen Pole ist mindestens einer der Lagerringe in Richtung der Drehachse verlängert und der andere der Lagerringe mit einer Ausnehmung versehen auszubilden. Hierbei ist ebenfalls ein Spalt vorgesehen, dessen geringe Spaltbreite eine Förderung eines Mediums, speziell eines Schmiermittels, aus dem Lager hinaus erschwert. - Aufgabe der Erfindung
- Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Lager mit einer als Klauenpolgenerator ausgebildeten Energieerzeugungseinheit anzugeben, die bei geringer Spaltbreite eine Förderung eines Mediums, insbesondere eines Schmiermittels, zulässt.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Spalt einen Winkel zu der Drehachse des Lagers ausbildet.
- Der Spalt verläuft in diesem Fall nicht mehr zylindrisch um die Drehachse und parallel zu der Drehachse, also unter einem Winkel von ca. Null Grad, sondern unter einem Winkel von mehr als Null Grad, so dass der Spalt, zumindest in einer gedachten Verlängerung, die Drehachse schneidet. Aufgrund des Winkels, den der Spalt mit der Drehachse einschließt, treten Zentripetalkräfte entlang der axialen Erstreckung des Spaltes auf, wobei die Zentripetalkräfte die Förderung eines Mediums, beispielsweise eines Schmiermittels, aus dem Lager hinaus bzw. in das Lager hinein zumindest unterstützen.
- Der um den Winkel zu der Drehachse abgestellte Spalt bietet weiter die Möglichkeit, bei vergleichbarem Bauraum in axialer Richtung die effektiven Flächen sowohl der magnetischen Pole als auch der Klauen zu vergrößern, so dass bei einem vorgegebenen Bauraum in axialer Richtung die von der magnetischen Flussdichte des magnetischen Kreises durchsetzte Fläche vergrößert wird und eine erhöhte Spannung in der Induktionsspule erzeugt werden kann.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Radius des Spaltes, bezogen auf die Drehachse, in Richtung der Drehachse zunimmt, insbesondere linear zunimmt. Der Spalt umläuft dabei die Drehachse des Lagers mit einem Radius, der sich entlang der Erstreckung des Spaltes in axialer Richtung, parallel zu der Drehachse, ändert. Bei einem im wesentlichen konisch sich verengenden bzw. sich weitenden Spalt ändert sich der Radius des Spaltes im wesentlichen linear. Nimmt der Radius des Spaltes mit zunehmenden Abstand von beispielsweise der Laufbahn des Wälzlagers zu, tritt eine Förderwirkung aus dem Lagerinneren, insbesondere aus dem Bereich nahe der Laufbahn, aus dem Lager hinaus auf.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Klauen der beiden Klauenringe um einen Winkel von mehr als ca. 90° gegenüber den Klauenringen abgestellt sind. Die um beispielsweise ca. 120° oder 135°, bezogen auf die Ebene der Klauenringe, abgestellten Klauen ermöglichen auf einfache Weise die Ausbildung eines Spaltes, der einen Winkel zu der Drehachse des Lagers einschließt.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die magnetischen Pole angeschrägt ausgebildet sind. Die magnetischen Pole sind als Abschnitt eines Permanentmagneten ausgebildet, dessen auf die Klauen weisendes Ende um einen solchen Winkel abgeschrägt ist, dass der magnetische Pol mit der um den gleichen Winkel abgestellten Klaue einen Spalt ausbildet, der schräg, also unter einem Winkel, zu der Drehachse verläuft. Mit dem von dem abgeschrägten Pol fort weisenden Ende liegt der Permanentmagnet an einer Mantelfläche eines magnetisch leitenden Lagerrings bzw. an einem magnetisch leitenden Rückschlussring an und kann in einem die Drehachse umlaufenden Aufnahmering aus einem magnetisch nicht-leitenden oder wenig leitenden Material wie einem Kunststoff oder Messing angeordnet sein.
- Alternativ oder ergänzend zu einer angeschrägten Ausbildung der magnetischen Pole kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die magnetischen Pole auf einer angeschrägten Auflagefläche angeordnet ist. Der magnetische Fluss tritt dabei im Bereich der ausgebildeten Schräge auf, die einen Winkel mit der Drehachse einschließt. Der Winkel der Schräge der Auflagefläche bildet dann beispielsweise mit den abgestellten Klauen den Spalt aus, der unter einem Winkel zu der Drehachse verläuft. Die Auflagefläche ist als auf die Klauen weisende Fläche einer die Drehachse umlaufenden Ringaufnahme ausgebildet, wobei die Ringaufnahme aus einem magnetisch nicht-leitenden oder wenig leitenden Material wie beispielsweise einem Kunststoff oder Messing ausgebildet ist. Die Pole sind als auf die Klauen weisende Abschnitte von im wesentlichen quaderförmigen Permanentmagneten ausgebildet, deren von den magnetischen Polen fort weisende Enden mit einem magnetisch leitenden Rückschlussring, der Teil der Ringaufnahme sein kann, oder dem magnetisch leitenden Korpus des Lagerrings verbunden ist. Die im wesentlichen quaderförmigen Permanentmagnete können eine leicht gekrümmte Seitenfläche aufweisen, um einen besseren Kontakt zu dem gekrümmten Rückschlussring bzw. dem Lagerring zu bilden bzw. um die Spaltbreite zu den Klauen in Umfangsrichtung konstant zu halten.
- Wiederum alternativ oder ergänzend zu einer angeschrägten Ausbildung der magnetischen Pole oder einer angeschrägten Auflagefläche für die magnetischen Pole kann vorgesehen sein, dass zwischen einem magnetischen Pol und den Klauen ein Flussleitelement angeordnet ist, wobei das Flussleitelement in magnetisch leitendem Kontakt mit den magnetischen Polen steht und aus einem magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist. Der magnetische Pol bzw. der Permanentmagnet, dessen Abschnitt als der Klaue gegenüberstehender magnetischer Pol ausgebildet ist, kann in diesem Fall eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt mit ggf. abgerundeten Seitenflächen beibehalten, wobei der Krümmungsradius der Seitenflächen dem Radius des Lagerrings entspricht. Das Flussleitelement verlängert den magnetischen Pol hin zu der Klaue und dient als Polschuh mit definierter Geometrie. Das Flussleitelement kann beispielsweise als Segment eines Kreisrings aus einem magnetisch leitenden Material ausgebildet sein, wobei die eine gebogene Fläche, beispielsweise die äußere, angeschrägt ausgebildet ist und die andere gebogene Fläche flächig auf dem magnetischen Pol aufliegt. Die angeschrägte Fläche bildet dann mit einer beispielsweise schräg abgewinkelten Klaue einen Spalt aus, der unter einem Winkel zu der Drehachse verläuft.
- Sind mindestens zwei Flussleitelemente an zwei verschiedenen magnetischen Polen vorgesehen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein die Drehachse umgebender Flussleitring die Flussleitelemente enthält. Der Flussleitring verbindet die Flussleitelemente zu einem gemeinsamen Bauelement, das so platziert ist, dass jedes Flussleitelement auf einem magnetischen Pol angeordnet ist. Der Flussleitring umfasst weiter mindestens einen, bevorzugt zwei beabstandete Halteringe, die die Flussleitelemente untereinander verbinden, wobei der Haltering zur Unterdrückung von magnetischen Streuflüssen aus einem magnetisch nicht-leitenden oder wenig leitenden Material wie einem Kunststoff oder Messing besteht. In Umfangsrichtung benachbarte Flussleitelemente halten an dem Flussleitring einen Abstand ein, so dass ein Zwischenraum entsteht, der leer gelassen werden kann, so dass der Flussleitring eine in Umfangsrichtung umlaufende Abfolge von Flussleitelementen und Fenstern aufweist, wobei die Fenster bewirken, dass magnetische Streuflüsse begrenzt werden. Durch die Fenster in dem Flussleitring können beispielsweise Medien wie ein Schmiermittel oder Wasserdampf treten, wodurch der Spalt durch eine zusätzliche Passagemöglichkeit in den Fenstern entlastet wird. Alternativ zu einer Ausbildung des Zwischenraums zwischen benachbarten Flussleitelementen des Flussleitrings als Fenster kann der Zwischenraum mit einem magnetisch nicht-leitenden Material wie einem Kunststoff oder Messing ausgefüllt sein, wobei die Füllung dem Flussleitring insgesamt eine erhöhte Stabilität vermittelt und magnetische Streuflüsse begrenzt.
- Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Spalt eine in Richtung der Drehachse im wesentlichen konstante Spaltbreite aufweist. Die Spaltbreite bleibt auch im Betrieb des Lagers konstant, insbesondere dann, wenn das Lager nur als Drehlager ausgebildet ist und eine Verkippung der Lagerringe zueinander ausgeschlossen wird.
- Eine besonders platzsparende Bauweise des Klauenpolgenerators in dem Lager ergibt sich dann, wenn vorgesehen ist, dass der zu der Drehachse einen Winkel ausbildende Spalt ausschließlich in dem Bereich zwischen den beiden Lagerringen vorgesehen ist, nämlich in dem Bereich, der von den aufeinander zu weisenden Mantelflächen der beiden Lagerringe radial und von einer gedachten Verlängerung der beiden Stirnflächen der beiden Lagerringe axial begrenzt ist. Das Lager kann in diesem Fall seine standardisierten Anschlussmaße beibehalten.
- Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
- Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers, -
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des in1 dargestellten Lagers, und -
3 zeigt in dem linken Teilbild eine geschnittene Ansicht des in2 dargestellten Teils und in dem rechten Teilbild das Detail ‚Z’ in einer vergrößerten Ansicht. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
-
1 zeigt ein als einreihiges Kugellager ausgebildetes Lager, das einen ersten Lagerring1 sowie einen zweiten Lagerring2 umfasst, wobei der erste Lagerring1 , der als Außenring des Wälzlagers ausgebildet ist, feststeht und der zweite Lagerring2 , der als Innenring des Wälzlagers ausgebildet ist, um eine zu der Hilfslinie3 parallele Drehachse drehbar ist. Das Wälzlager ist als Drehlager, das nur eine Drehbewegung ermöglicht, aber ein Verkippen der beiden Lagerringe zueinander unterdrückt, ausgebildet. - Das Wälzlager umfasst eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit
4 , wobei der Klauenpolgenerator4 einen ersten Klauenring5 mit die Drehachse umlaufenden Abfolge von ersten Klauen aufweist, wobei eine der ersten Klauen mit dem Bezugszeichen ‚6 ’ ausgewiesen ist. Die erste Klaue6 ist als bezogen auf die durch den ersten Klauenring5 definierte Ebene abgestellter Abschnitt ausgebildet und ist nicht parallel zu der Drehachse (bzw. der Hilfslinie3 ) ausgerichtet, sondern schließt einen Winkel ungleich Null Grad, speziell einen Winkel von ca. 120° mit der Drehachse (bzw. der Hilfslinie3 ) ein. Die erste Klaue6 sowie sämtliche ersten Klauen des ersten Klauenrings5 sind bezogen auf die Drehachse schräg abgestellt, insbesondere um den jeweils gleichen Winkel, der auch einen anderen Betrag aufweisen könnte, beispielsweise einen Betrag von ca. 135°. - Der Klauenpolgenerator
4 umfasst weiter einen bezüglich des ersten Klauenrings5 in Umlaufrichtung der Drehachse versetzten zweiten Klauenring7 mit einer die Drehachse umlaufenden Abfolge von zweiten Klauen, die in der - Darstellung von
1 beispielsweise oberhalb bzw. unterhalb der Papierebene angeordnet sind. Die beiden Klauenringe5 ,7 sind in magnetisch leitender Verbindung an einer äußeren Mantelfläche8 des zweiten Lagerrings2 angeordnet, und umgeben zu zwei Seiten eine Induktionsspule9 , deren elektrisch leitende Windungen die Drehachse mehrfach umlaufen und in einer elektrisch nicht-leitenden Vergussmasse aufgenommen sind. Die Induktionsspule9 ist in einer Aufnahme10 angeordnet, die zu zwei Seiten von den Klauenringen5 ,7 begrenzt wird bzw. bündig mit den Klauenringen5 ,7 abschließt und zu einer dritten Seite von den Klauen6 der beiden Klauenringe5 ,7 abgeschlossen ist bzw. bündig mit den Klauen6 der beiden Klauenringe5 ,7 abschließt. Zu einer vierten Seite hin liegt die Aufnahme10 an der äußeren Mantelfläche8 des zweiten Lagerrings2 an. - Die Klauen
6 der beiden Klauenringe5 ,7 wirken mit einer die Drehachse umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen zusammen, bei der in Umfangsrichtung benachbarte Pole ungleichnamig ausgebildet sind, wobei bei der Darstellung von1 einer der Pole mit dem Bezugszeichen ‚11 ’ ausgewiesen und beispielsweise als Nordpol ausgebildet ist. Die diesem magnetischen Pol11 benachbarten Pole sind oberhalb bzw. unterhalb der Papierebene angeordnet und jeweils als Südpol ausgebildet. Der magnetische Pol11 ist der ersten Klaue6 des ersten Klauenrings5 gegenüberliegend angeordnet dargestellt, die beiden benachbarten Pole den benachbarten Klauen des zweiten Klauenrings7 . - Die magnetischen Pole, insbesondere der magnetische Pol
11 , ist Teil eines Permanentmagneten12 , der in magnetisch leitender Verbindung an einer inneren Mantelfläche13 des ersten Lagerrings1 anliegt. Der mit dem Bezugszeichen ‚12 ’ ausgewiesene Permanentmagnet weist den einen magnetischen Pol11 , nämlich den Nordpol, der Klaue6 zu und den anderen magnetischen Pol, in diesem Fall einen Südpol, der inneren Mantelfläche13 des ersten Lagerrings1 . - Der Permanentmagnet
12 ist als im wesentlichen quaderförmiges Teil an der inneren Mantelfläche13 des ersten Lagerrings1 angeordnet, wobei die Seitenflächen des Quaders, an denen die magnetischen Pole vorgesehen sind, eine leichte Krümmung aufweisen, um einen Formschluss zu der inneren Mantelfläche13 bzw. zu einem Flussleitelement14 auszubilden. - Das Flussleitelement
14 ist radial, bezogen auf die Drehachse, zwischen den magnetischen Pol11 und der ersten Klaue6 des ersten Klauenrings5 angeordnet, an dem magnetischen Pol11 magnetisch leitend befestigt und bildet mit der ersten Klaue6 des ersten Klauenrings5 einen Spalt15 aus. - Das Flussleitelement
15 besteht aus einem magnetisch leitenden Material und ist als Segment eines kreisringförmigen Korpus ausgebildet, dessen eine, zylindrische, von der Klaue6 fort weisende Seite kreisbogenförmig ist und flächig auf der gekrümmten Fläche des magnetischen Pols11 aufliegt. Die zweite Seite des kreisringförmigen Korpus ist angeschrägt ausgebildet und bildet eine schräge Fläche16 aus, die zu der Drehachse (bzw. der Hilfslinie3 ) einen Winkel von ca. 120° bildet. Die schräge Fläche16 liegt der um ebenfalls den Winkel von ca. 120° abgeschrägten ersten Klaue6 des ersten Klauenrings5 gegenüber, so dass der Spalt15 zwischen dem Flussleitelement14 und der ersten Klaue6 einen Winkel von ca. 120° zu der Drehachse ausbildet und der Spalt15 die Drehachse als abgestumpft-konischer Spalt umläuft. - Der Spalt
15 umgibt die Drehachse konzentrisch, wobei ein Radius des Spaltes, um die Drehachse als Mittelpunkt, entlang der Drehachse (bzw. entlang der Erstreckung der Hilfslinie3 ) sich ändert, insbesondere sich linear ändert. Der Radius des Spaltes15 nimmt mit zunehmenden Abstand von dem Lager, beispielsweise mit zunehmender Entfernung zu einem Wälzkörper17 des Lagers, in Richtung der Drehachse (bzw. entlang der Hilfslinie3 ), linear zu. - Es bildet sich ein magnetischer Kreis aus, ausgehend von dem magnetischen Pol
11 , der als Nordpol ausgebildet ist, über das Flussleitelement14 aus einem magnetisch leitenden Material, wobei der magnetische Fluss in dem magnetischen Kreis den Spalt15 überbrückt und in die erste Klaue6 des ersten Klauenrings5 eintritt, über das magnetisch leitende Korpus des zweiten Lagerrings2 sowie die Klauen des zweiten Klauenrings7 , unter erneuter Überbrückung des Spaltes5 , hin zu einem Südpol an dem ersten Lagerring1 . Der magnetische Kreis umgibt die Induktionsspule9 mit dem elektrischen Leiter, wobei der magnetische Kreis seine Drehrichtung ändert, sobald der zweite Lagerring2 sich bezüglich des ersten Lagerrings1 um die Drehachse dreht. - Der Klauenpolgenerator
4 ist vollständig innerhalb des Lagers angeordnet, insbesondere sind die magnetischen Pole11 sowie die durch den Spalt15 beabstandeten Klauen6 der beiden Klauenringe5 ,7 und die Induktionsspule9 zwischen den aufeinander weisenden Mantelflächen8 ,13 aufgenommen. - In dem dargestellten Lager ist an jedem der magnetischen Pole ein Flussleitelement vorgesehen, wie für den magnetischen Pol
11 mit dem Flussleitelement14 dargestellt. Dabei sind sämtliche Flussleitelemente gleich ausgebildet. - Das Lager umfasst einen Flussleitring
18 , der in1 nur ausschnittsweise dargestellt ist, der die Drehachse umgibt und sämtliche Flussleitelemente14 enthält. Der Flussleitring18 umfasst zusätzlich zu den Flussleitelementen14 zwei Halteringe, die axial, in Richtung der Drehachse beabstandet, angeordnet sind. -
2 zeigt den Flussleitring18 des in1 dargestellten Lagers in einer perspektivischen Ansicht. Der Flussleitring umfasst die Flussleitelemente14 mit zwei umlaufenden Halteringen20 ,21 axial zu beiden Seiten. Der Flussleitring18 umfasst die Flussleitelemente14 , wobei in Umfangsrichtung benachbarte Flussleitelemente14 jeweils einen Zwischenraum19 begrenzen, der freibleibt, so dass ein Fenster ausgebildet wird, das von den Flussleitelementen14 in Umfangsrichtung und von den beiden Halteringen20 ,21 axial beidseitig umgrenzt ist. Durch das Fenster kann beispielsweise ein Fluid, insbesondere ein Schmiermittel, austreten, und zwar parallel zu dem Spalt15 , der insoweit entlastet wird. Die Halteringe20 ,21 bestehen aus einen magnetisch nicht-leitenden Material, nämlich einem Kunststoff. -
3 zeigt, dass der Flussleitring18 eine im wesentlichen zylindrische, von den Fenstern unterbrochene, Außenkontur aufweist; der Innenkontur wird jedoch durch die angeschrägten Flächen16 der Flussleitelemente14 bestimmt. - Der Flussleitring
18 wird mit den Flussleitelementen14 auf die magnetischen Pole11 gelegt, so dass die auftretenden Magnetkräfte eine lagerichtige Fixierung des Flussleitrings18 an den magnetischen Polen11 bewirken. Bei Bedarf kann der Flussleitring18 an den magnetischen Polen mit einem magnetisch leitenden Kleber befestigt sein. - In einer Abwandlung zu dem in
1 bis3 dargestellten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Zwischenraum19 , den zwei in Umfangsrichtung benachbarte Flussleitelemente14 begrenzen, nicht freibleiben muss, sondern eine Füllung aufweisen kann, beispielsweise eine Kunststoff-Füllung, so dass die Flussleitelemente14 nicht nur im Bereich der beiden Halteringe20 ,21 , sondern auch seitlich zwischen den Halteringen20 ,21 von Kunststoff als Rahmen umgeben sind. Die Füllung kann den Zwischenraum19 auch vollständig ausfüllen, so dass der Flussleitring18 eine verbesserte mechanische Stabilität erhält. - Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war vorgesehen, dass das Flussleitelement
14 mit der angeschrägten Fläche16 an dem magnetischen Pol11 des Permanentmagneten12 angeordnet war; insbesondere war das Flussleitelement14 ein von dem Permanentmagneten12 getrenntes Bauteil. Es versteht sich, dass die angeschrägte Fläche16 auch an dem Permanentmagneten12 vorgesehen sein kann, beispielsweise, wenn das Flussleitelement mit dem Permanentmagneten einstückig ausgebildet ist und der Permanentmagnet in Richtung auf die Klaue6 verlängert ausgebildet ist. Hierbei ist dann vorgesehen, dass die magnetischen Pole des Permanentmagneten angeschrägt ausgebildet sind, um den Spalt15 so auszubilden, dass der Spalt15 unter einem Winkel zu der Drehachse verläuft. - In einer zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel möglichen Variante kann vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet seine im wesentlichen quaderförmige Gestalt behält und auf einer angeschrägten Fläche als Auflagefläche angeordnet ist. Ausgehend von dem anhand der
1 bis3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei vorgesehen, dass das Flussleitelement14 unmittelbar an der inneren Mantelfläche13 des ersten Lagerrings1 angeordnet ist, und dass der Permanentmagnet12 mit dem magnetischen Pol11 auf der angeschrägten Fläche16 des Flussleitelementes14 magnetisch leitend aufliegt bzw. befestigt ist. - Es versteht sich, dass die beiden in den beiden vorherigen Absätzen beschriebenen Varianten auch in Kombination miteinander bzw. in Kombination mit dem anhand von
1 bis3 beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen sein können. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- erster Lagerring
- 2
- zweiter Lagerring
- 3
- Hilfslinie parallel zu der Drehachse
- 4
- Klauenpolgenerator
- 5
- erster Klauenring
- 6
- erste Klaue des ersten Klauenrings
- 7
- zweiter Klauenring
- 8
- äußere Mantelfläche
- 9
- Induktionsspule
- 10
- Aufnahme
- 11
- magnetischer Pol
- 12
- Permanentmagnet
- 13
- innere Mantelfläche des ersten Lagerrings
1 - 14
- Flussleitelement
- 15
- Spalt
- 16
- angeschrägte Fläche
- 17
- Wälzkörper
- 18
- Flussleitring
- 19
- Zwischenraum
- 20
- Haltering
- 21
- Haltering
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2011000362 A1 [0007]
- US 6838794 B2 [0008]
- US 20050174011 A1 [0009]
Claims (9)
- Lager, insbesondere Wälzlager, umfassend einen ersten Lagerring (
1 ), einen zweiten Lagerring (2 ), und eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit (4 ), wobei der Klauenpolgenerator (4 ) einen ersten Klauenring (5 ) mit einer Abfolge von ersten Klauen (6 ) und einen in Umlaufrichtung der Drehachse versetzten zweiten Klauenring (7 ) mit einer Abfolge von zweiten Klauen umfasst, wobei die beiden Klauenringe (5 ,7 ) eine die Drehachse umlaufende Induktionsspule (9 ) umgeben, wobei die Klauen (6 ) der beiden Klauenringe (5 ,7 ) mit einer die Drehachse umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen (11 ) die Induktionsspule (9 ) umgebenden magnetische Kreise ausbilden, wobei die beiden Klauen (6 ) der Klauenringe (5 ,7 ) einen die Drehachse umgebenden Spalt (15 ) begrenzen, über den die magnetischen Kreise geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (15 ) einen Winkel zu der Drehachse des Lagers ausbildet. - Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radius des Spaltes (
15 ), bezogen auf die Drehachse, in Richtung der Drehachse zunimmt, insbesondere linear zunimmt. - Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen (
6 ) der beiden Klauenringe (5 ,7 ) um einen Winkel von mehr als ca. 90° gegenüber den Klauenringen (5 ,7 ) abgestellt sind. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole angeschrägt ausgebildet sind.
- Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole auf einer angeschrägten Auflagefläche angeordnet ist.
- Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem magnetischen Pol (
11 ) und den Klauen (6 ) ein Flussleitelement (14 ) angeordnet ist, wobei das Flussleitelement (14 ) in magnetisch leitendem Kontakt mit den magnetischen Polen (11 ) steht und aus einem magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist. - Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Drehachse umgebender Flussleitring (
18 ) die Flussleitelemente (14 ) enthält. - Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung benachbarte Flussleitelemente (
14 ) des Flussleitrings (18 ) einen Zwischenraum begrenzen. - Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt eine in Richtung der Drehachse im wesentlichen konstante Spaltbreite aufweist.
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