WO2014177140A1 - Wälzlager mit berührungsloser signalübertragung - Google Patents

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WO2014177140A1
WO2014177140A1 PCT/DE2014/200070 DE2014200070W WO2014177140A1 WO 2014177140 A1 WO2014177140 A1 WO 2014177140A1 DE 2014200070 W DE2014200070 W DE 2014200070W WO 2014177140 A1 WO2014177140 A1 WO 2014177140A1
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WO
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bearing
coil
ring
flux guide
rolling bearing
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Application number
PCT/DE2014/200070
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Rink
Martin Kram
Horst Brehm
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/008—Identification means, e.g. markings, RFID-tags; Data transfer means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls

Definitions

  • the invention relates to a roller bearing with a stationary bearing ring, a rotatable bearing ring and an inductive transmission device comprising two concentric, the bearing axis rotating coils for non-contact signal transmission between the two bearing rings.
  • the signal transmission can e.g. be understood as data or in the broader sense as energy transfer.
  • the load measuring system comprises a sensor, which is fastened to one of the rolling elements and is displaceable during the movement of the rolling body along a circular path, a signal transmitter with a first coil, which is electrically and physically connected to the sensor, with the sensor along the Circular path to be moved, and a signal receiver for receiving the transmitted signals with a second coil which is non-rotatably attached to the non-rotatable bearing ring, wherein the circular path is located in the second coil.
  • the rotatable bearing ring is preferably disposed radially inwardly of the non-rotatable bearing ring and the first coil is disposed radially inward of the second coil.
  • DE 10 2005 042 776 A1 shows a sensor arrangement for monitoring spindle bearings with two concentrically arranged sensor rings, wherein in operation the inner sensor ring rotates together with the spindle shaft relative to the outer sensor ring surrounding it.
  • each sensor ring at least one sensor for a bearing parameter to be monitored and a coil, a transmission system for contactless energy and signal transmission between the two sensor rings integrated.
  • the coils are connected to L-shaped plastic ring elements of the sensor rings.
  • a device for monitoring roller bearings in which a plurality of sensors are arranged in the rolling body space between the rolling elements, the measuring signals of which are supplied to an antenna outside the bearing by electromagnetic means.
  • the operating energy is inductively supplied by the bearing from the outside.
  • an induction coil is arranged in the outer ring adjacent to the Wälzoasaraum.
  • the introduced energy is transmitted inductively to a secondary coil attached to the cage.
  • EP 1 849 013 B1 describes a roller bearing comprising an inner ring and an outer ring with a power transmission coil and an antenna and a cage arranged between inner ring and outer ring for receiving rolling elements.
  • the cage has a power receiving coil, a sensor unit for detecting the state of the bearing, and a transmitter having an antenna for transmitting a signal, which is a measure of the detected state of the bearing, to the antenna of the outer race.
  • a major disadvantage of the previously known solutions is that they do not permit any signal or data / energy transmission between the bearing rings of rolling bearings in the high-frequency range with an economic ring coil winding or a more expensive printed circuit board coil.
  • the object of the present invention is to provide a roller bearing with an improved wireless signal transmission between the two bearing rings based on an inductive transformer available, which requires no additional space compared to conventional bearings. With the inductive transformer as small as possible stray fields should be achieved. The signal transmission should also be possible in particular in the high-frequency range. To solve the problem, a roller bearing according to the appended claim 1 is used.
  • the rolling bearing according to the invention is characterized in that a first coil on the fixed bearing ring and a second coil are fixed to the rotatable bearing ring. Furthermore, it is essential that first and second coil are arranged in the space between the two bearing rings.
  • a significant advantage of the rolling bearing according to the invention is that the inductive transmission device can be integrated with little effort in an existing rolling bearing.
  • the concentric coils have to be fixed only to the bearing rings accordingly.
  • the arrangement of the coils in the space between the two bearing rings no additional space in or on the rolling bearing is required compared to conventional bearings without inductive transmission device.
  • Integrating an inductive transmission system between the two bearing rings of a rolling bearing allows energy and data (i.e., signals) to be exchanged without contact.
  • Rolling bearings thereby become the electrical interface between the rotating and stationary parts of the application.
  • the transmission is bidirectional and full-duplex possible. There is a possibility that both coils can rotate simultaneously at different speeds.
  • the ring windings used can be easily adapted to the usual geometric conditions.
  • the first and second coils are preferably designed as air or PCB coils.
  • the inductive transmission system comprises magnetic flux guide elements.
  • the use of additional magnetic flux-conducting elements has the great advantage that the electrical transmission power of the inductive transmission system can be significantly increased.
  • magnetic flux guide elements plastics spattered ferrites, pressed and milled ferrites, printed circuit boards with ferrite foil covers or electric sheets are used. Particularly good transmission performance can be achieved when using pressed and milled ferrites. Also good transmission performance can be achieved with the use of electrical steel sheets, which are much cheaper compared to pressed and milled ferrites.
  • a disadvantage of electric plates, however, is their limited frequency range. In the case of electrical steel sheets, the frequency should be kept as low as possible (50 Hz to a few 100 Hz) due to the re-magnetization losses that occur.
  • two U-shaped flux guide elements are used.
  • a first flux guide is attached to the stationary bearing ring and serves to receive the first coil.
  • a second flux guide is attached to the rotatable bearing ring and receives the second coil.
  • the coils are arranged in particular at the bottom of the respective flux guide. With this arrangement, a very good flow control is possible. In addition, only small stray fields occur at the air gap.
  • the flux guide elements whose openings are aligned with each other, can be arranged both radially and axially. In alternative embodiments, E-shaped flux guide elements can also be used.
  • a further advantageous embodiment uses a U-shaped flux guide, which is attached to one of the two bearing rings and serves to receive the coils. This arrangement allows a sufficiently good flow control. It comes to stray fields on the open side of the flux guide.
  • the flux guide can in turn be arranged both axially and radially.
  • the flux-conducting elements are electromagnetically isolated from the bearing rings.
  • an air gap can serve, between the flux guide and the bearing ring to which the flux guide is attached.
  • a Electromagnetic isolation of the flux guide from the bearing rings can also be done via diamagnetic materials.
  • an electromagnetic insulation of the electrical steel sheets from the bearing rings is not necessary, since the transfer frequencies can not be selected so high due to the re-magnetization losses. This makes it possible for the bearing rings to take over part of the magnetic flux guidance. However, the bearing rings are more lossy than the electrical sheet.
  • Fig. 1 is a partial sectional view of a rolling bearing according to the invention in a first embodiment
  • Fig. 2 is an inductive used in the embodiment of FIG.
  • Fig. 3 is a partial sectional view of the rolling bearing in a second embodiment
  • Fig. 4 is a partial sectional view of the rolling bearing in a third embodiment
  • FIG. 5 is a modified, in the embodiments of FIG .. 3
  • Fig. 6 is a partial sectional view of the rolling bearing in a fourth embodiment
  • Fig. 7 is a detail view of the embodiment of Fig. 6;
  • Fig. 8 is a partial sectional view of the rolling bearing in a fifth embodiment; 9 shows the inductive transmission device in an embodiment with a magnetic flux guide;
  • FIG. 10 is a partial sectional view of the rolling bearing in a sixth embodiment.
  • Fig. 1 shows a partial sectional view of a rolling bearing 01 according to the invention in a first embodiment.
  • the roller bearing 01 comprises a fixed bearing ring 02, a rotatable bearing ring 03 and arranged between the bearing rings 02, 03 rolling elements 04.
  • the fixed bearing ring 02 is in the embodiment shown, the outer ring and the rotatable bearing ring 03, the inner ring of the rolling bearing 01st
  • an inductive transmission device 05 is arranged, which is shown in detail in Fig. 2.
  • the inductive transmission device 05 comprises a first coil 07, which is fixed on the stationary bearing ring 02 in a suitable manner, and a second coil 08, which is fixed to the rotatable bearing ring 03.
  • First and second coil 07, 08 are designed as air coils. They preferably have a bobbin 09 made of plastic. Alternatively, PCB coils can be used instead of air coils.
  • Fig. 3 shows a partial sectional view of the rolling bearing 01 according to the invention in a second embodiment.
  • the inductive transmission device 05 comprises two magnetic flux-conducting elements 1 1, wel che have a U-shape, which are aligned with each other in the radial direction of the rolling bearing.
  • Fig.5 shows the transmission device 05 used in this embodiment in detail.
  • One of the two flux guide 1 1 serves to receive the first coil 07 and is fixed to the fixed bearing ring 02.
  • the other flow control element 1 1 serves to receive the second coil 08 and is attached to the rotatable bearing ring 03.
  • First and second coil 07, 08 are arranged at the bottom of the respective flux guide 1 1.
  • plastic-sprayed ferrites or pressed and milled ferrites can be used as flux-conducting elements 11.
  • the Flußleitieri 1 1 simultaneously act as a bobbin. They can consist of several segments.
  • the Flußleitmaschine 1 1 are arranged radially. It has to be ensured that the flux guide elements 1 1 are electromagnetically isolated from the bearing rings 02, 03.
  • This embodiment of the rolling bearing 01 described above is characterized by a very good flow control. There are only small stray fields at the air gap.
  • U-shaped flux guide elements 1 1 shown it is also possible to use E-shaped flux guide elements 1 1, which is shown by way of example in FIG. 10
  • FIG. 4 shows a partial sectional view of the rolling bearing 01 according to the invention in a third embodiment.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 3 only in that the flux guide elements 11 are arranged axially.
  • the stationary bearing ring 02 an extension or a support ring 12 acting on the bearing shaft (not shown) may be used.
  • FIGS. 6 and 7 show partial sectional views of the rolling bearing 01 according to the invention in a fourth embodiment.
  • This embodiment again uses two flux-conducting elements 1 1, which, however, are designed here as electrical sheets. Within the electrical sheets, the bobbins 09 are arranged. In order to mitigate eddy currents that occur, the electrical sheets may have slots.
  • the bearing rings 02, 03 can take over the function of magnetic flux guidance.
  • Fig. 8 shows a partial sectional view of the rolling bearing 01 according to the invention in a fifth embodiment.
  • This embodiment uses printed circuit board coils.
  • First and second coils 07, 08 are arranged on printed circuit boards 13, which have a ferrite foil cover 14.
  • the printed circuit boards 13 and the ferrite foil cover 14 act as flux-conducting elements 11.
  • FIG. 9 shows the inductive transmission device 05 in one embodiment with only one magnetic flux-conducting element 11.
  • the flux guide 1 1 is configured U-shaped. It is fixed in the installed state on one of the two bearing rings 02, 03 and serves to receive the first and second coil 07, 08.
  • the second coil 08 is formed as an air coil and arranged on the bearing ring 02, 03, on which the flux guide 1 1 not attached. This design allows good flow control. However, stray fields occur at the open side of the flux-conducting element 11.
  • first and second coil 07, 08 may be occupied by more than one winding.
  • a winding can be optimized for data transmission and a winding for energy transmission. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (01) mit einem feststehenden Lagerring (02), einem drehbaren Lagerring (03) und einer induktiven Übertragungseinrichtung (05) umfassend zwei konzentrische, die Lagerachse umlaufende Spulen (07, 08) zur berührungslosen Daten- und Energieübertragung zwischen den beiden Lagerringen. Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste Spule am feststehenden Lagerring und eine zweite Spule am drehbaren Lagerring befestigt ist, und erste und zweite Spule im Raum zwischen beiden Lagerringen angeordnet sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlager mit berührungsloser Signalübertragung Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem feststehenden Lagerring, einem drehbaren Lagerring und einer induktiven Übertragungseinrichtung umfassend zwei konzentrische, die Lagerachse umlaufende Spulen zur berührungslosen Signalübertragung zwischen den beiden Lagerringen. Die Signalübertragung kann z.B. als Daten- oder im weiteren Sinne auch als Energieübertragung ver- standen werden.
In der DE 694 12 390 T2 ist ein Wälzlager mit einem Lastmesssystem zum Messen der auf das Wälzlager einwirkenden Belastungen beschrieben. Das Lastmesssystem umfasst einen Sensor, welcher an einem der Wälzkörper be- festigt ist und während der Bewegung des Wälzkörpers entlang einer Kreisbahn verschiebbar ist, einen Signalübertrager mit einer ersten Spule, welche elektrisch und physisch mit dem Sensor verbunden ist, um mit dem Sensor entlang der Kreisbahn verschoben zu werden, sowie einen Signalempfänger zum Empfangen der übertragenen Signale mit einer zweiten Spule, die drehfest an dem nicht drehbaren Lagerring befestigt ist, wobei die Kreisbahn in der zweiten Spule liegt. Der drehbare Lagerring ist vorzugsweise radial innerhalb des nicht drehbaren Lagerrings und die erste Spule radial innerhalb der zweiten Spule angeordnet. Die DE 10 2005 042 776 A1 zeigt eine Sensoranordnung zur Überwachung von Spindellagern mit zwei konzentrisch angeordneten Sensorringen, wobei im Betrieb der innere Sensorring zusammen mit der Spindelwelle relativ zu dem ihn umgebenden äußeren Sensorring rotiert. In jeden Sensorring ist zumindest ein Sensor für einen zu überwachenden Lagerparameter sowie eine Spule, eines Übertragungssystems zur berührungslosen Energie- und Signalübertragung zwischen den beiden Sensorringen integriert. Die Spulen sind mit L- förmigen Kunststoff-Ringelementen der Sensorringe verbunden. Aus der EP 0 529 354 B1 ist eine Vorrichtung zum Überwachen von Wälzlagern bekannt, bei welcher im Wälzkörperraum zwischen den Wälzkörpern mehrere Sensoren angeordnet sind, deren Messsignale auf elektromagneti- schem Wege einer Antenne außerhalb des Lagers zugeführt werden. Die Betriebsenergie wird induktiv durch das Lager von außen zugeführt. Hierzu ist im Außenring angrenzend an den Wälzkörperraum eine Induktionsspule angeordnet. Die eingeleitete Energie wird induktiv zu einer am Käfig angebrachten Sekundärspule übertragen.
Die EP 1 849 013 B1 beschreibt ein Wälzlager umfassend einen Innenring und einen Außenring mit einer Energieübertragungsspule und einer Antenne sowie einen zwischen Innenring und Außenring angeordneten Käfig zur Aufnahme von Wälzkörpern. Der Käfig weist eine Leistungsempfangsspule auf, eine Sen- soreinheit zum Erfassen des Zustands des Lagers und einen Sender mit einer Antenne zum Senden eines Signals, welches ein Maß für den erfassten Zustand des Lagers ist, an die Antenne des äußeren Lagerrings.
Ein wesentlicher Nachteil der vorbekannten Lösungen ist, dass diese keine Signal- bzw. Daten-/Energieübertragung zwischen den Lagerringen von Wälzlagern im Hochfrequenzbereich mit einer wirtschaftlichen Ringspulenwicklung bzw. einer teureren Leiterplattenspule ermöglichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wälzlager mit einer verbesserten kabellosen Signalübertragung zwischen den beiden Lagerringen auf Basis eines induktiven Übertragers zur Verfügung zu stellen, welches im Vergleich zu herkömmlichen Wälzlagern keinen zusätzlichen Bauraum benötigt. Mit dem induktiven Übertrager sollen möglichst geringe Streufelder erreicht werden können. Die Signalübertragung soll insbesondere auch im Hochfre- quenzbereich möglich sein. Zur Lösung der Aufgabe dient ein Wälzlager gemäß dem beigefügten Anspruch 1 .
Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich dadurch aus, dass eine erste Spule am feststehenden Lagerring und eine zweite Spule am drehbaren Lagerring befestigt sind. Weiterhin ist wesentlich, dass erste und zweite Spule im Raum zwischen beiden Lagerringen angeordnet sind.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wälzlagers besteht darin, dass die induktive Übertragungseinrichtung aufwandsarm in ein vorhandenes Wälzlager integriert werden kann. Hierzu müssen die konzentrisch ausgeführten Spulen lediglich an den Lagerringen entsprechend fixiert werden. Durch die Anordnung der Spulen im Raum zwischen den beiden Lagerringen wird im Vergleich zu herkömmlichen Wälzlagern ohne induktive Übertragungseinrichtung kein zusätzlicher Bauraum im bzw. am Wälzlager benötigt. Durch die Integration eines induktiven Übertragungssystems zwischen die beiden Lagerringe eines Wälzlagers wird es ermöglicht, Energie und Daten (d.h. Signale) berührungslos auszutauschen. Wälzlager werden dadurch zur elektrischen Schnittstelle zwischen dem rotierenden und dem stehenden Teil der Anwendung. Die Übertragung ist bidirektional und voll-duplex möglich. Es besteht die Möglichkeit, dass beide Spulen gleichzeitig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen können. Die verwendeten Ringwicklungen lassen sich gut an die üblichen geometrischen Gegebenheiten anpassen. Die erste und zweite Spule sind vorzugsweise als Luft- oder Leiterplattenspulen ausgeführt.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das induktive Übertragungssystem magnetische Flussleitelemente. Die Verwendung zusätz- licher magnetischer Flussleitelemente hat den großen Vorteil, dass sich die elektrische Übertragungsleistung des induktiven Übertragungssystems signifikant steigern lässt. Als magnetische Flussleitelemente können kunststoffge- spritzte Ferrite, gepresste und gefräste Ferrite, Leiterplatten mit Ferritfolien- Abdeckungen oder Elektrobleche zum Einsatz kommen. Besonders gute Übertragungsleistungen lassen sich bei Verwendung von gepressten und gefrästen Ferriten erreichen. Ebenfalls gute Übertragungsleistungen sind bei Verwen- dung von Elektroblechen erzielbar, welche im Vergleich zu gepressten und gefrästen Ferriten wesentlich preiswerter sind. Nachteilig bei Elektroblechen ist jedoch, deren eingeschränkter Frequenzbereich. Bei Elektroblechen sollte die Frequenz aufgrund der auftretenden Ummagnetisierungsverluste möglichst klein gehalten werden (50 Hz bis wenige 100 Hz).
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kommen zwei U-förmige Flussleitele- mente zum Einsatz. Ein erstes Flussleitelement ist am feststehenden Lagerring befestigt und dient zur Aufnahme der ersten Spule. Ein zweites Flussleitelement ist am drehbaren Lagerring befestigt und nimmt die zweite Spule auf. Die Spulen sind insbesondere am Boden des jeweiligen Flussleitelements angeordnet. Mit dieser Anordnung ist eine sehr gute Flussführung möglich. Außerdem treten nur geringe Streufelder am Luftspalt auf. Die Flussleitelemente, deren Öffnungen zueinander ausgerichtet sind, können sowohl radial als auch axial angeordnet sein. Bei alternativen Ausführungsformen können auch E- förmige Flussleitelemente eingesetzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform verwendet ein U-förmiges Flussleitelement, welches an einem der beiden Lagerringe befestigt ist und zur Aufnahme der Spulen dient. Diese Anordnung ermöglicht eine ausreichend gute Flussführung. Es kommt zu Streufeldern an der offenen Seite des Flussleitelements. Das Flussleitelement kann wiederum sowohl axial als auch radial angeordnet werden.
Von Vorteil ist es, wenn die Flussleitelemente elektromagnetisch von den La- gerringen isoliert sind. Hierzu kann ein Luftspalt dienen, zwischen dem Flussleitelement und dem Lagerring, an dem das Flussleitelement befestigt ist. Eine elektromagnetische Isolation der Flussleitelemente von den Lagerringen kann auch über diamagnetische Werkstoffe erfolgen.
Bei Ausführungsformen die Elektrobleche als Flussleitelemente verwenden, ist eine elektromagnetische Isolation der Elektrobleche von den Lagerringen nicht erforderlich, da aufgrund der Ummagnetisierungsverluste die Übertragungsfrequenzen nicht so hoch gewählt werden können. Dadurch ist es möglich, dass die Lagerringe einen Teil der magnetischen Flussführung übernehmen. Die Lagerringe sind jedoch verlustbehafteter als das Elektroblech.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine in der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendete induktive
Übertragungsvorrichtung;
Fig. 3 eine Teilschnittansicht des Wälzlagers in einer zweiten Ausführungsform; Fig. 4 eine Teilschnittansicht des Wälzlagers in einer dritten Ausführungsform;
Fig. 5 eine abgewandelte, in den Ausführungsformen nach Fig. 3
verwendete induktive Übertragungseinrichtung;
Fig. 6 eine Teilschnittansicht des Wälzlagers in einer vierten Ausführungsform;
Fig. 7 eine Detailansicht der Ausführungsform nach Fig. 6;
Fig. 8 eine Teilschnittansicht des Wälzlagers in einer fünften Ausführungsform; Fig. 9: die induktive Übertragungsvorrichtung in einer Ausführungsform mit einem magnetischen Flussleitelement;
Fig. 10: eine Teilschnittansicht des Wälzlagers in einer sechsten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 01 in einer ersten Ausführungsform. Das Wälzlager 01 umfasst einen feststehenden Lagerring 02, einen drehbaren Lagerring 03 und zwischen den Lagerringen 02, 03 angeordnete Wälzkörper 04. Der feststehende Lagerring 02 ist bei der ge- zeigten Ausführungsform der Außenring und der drehbare Lagerring 03 der Innenring des Wälzlagers 01 .
In dem Raum zwischen den Lagerringen 02, 03 ist eine induktive Übertragungseinrichtung 05 angeordnet, welche im Detail in Fig. 2 dargestellt ist. Die induktive Übertragungseinrichtung 05 umfasst eine erste Spule 07, welche am feststehenden Lagerring 02 auf geeignete Art und Weise befestigt ist, sowie eine zweite Spule 08, welche am drehbaren Lagerring 03 befestigt ist. Erste und zweite Spule 07, 08 sind als Luftspulen ausgeführt. Sie weisen vorzugsweise einen Spulenkörper 09 aus Kunststoff aus. Alternativ können statt Luftspulen auch Leiterplattenspulen verwendet werden.
Mit der zuvor beschriebenen Ausführungsform des Wälzlagers 01 lässt sich nur eine verhältnismäßig schwache Flussführung realisieren. Die Verkopplung des magnetischen Flusses ist stark von der Bauform abhängig. Es kommt zu hohen Streufeldern mit einer entsprechenden Blindleistung. Diese Ausführungsform erfordert einen großen Abstand zu massiven Eisenteilen.
Fig. 3 zeigt eine Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Wälzlagers 01 in einer zweiten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform umfasst die induk- tive Übertragungseinrichtung 05 zwei magnetische Flussleitelemente 1 1 , wel- che eine U-Form aufweisen, die in radialer Richtung des Wälzlagers zueinander ausgerichtet sind.
Fig.5 zeigt die in dieser Ausführung verwendete Übertragungseinrichtung 05 im Detail. Eines der beiden Flussleitelemente 1 1 dient zur Aufnahme der ersten Spule 07 und ist am feststehenden Lagerring 02 befestigt. Das andere Fluss- leitelement 1 1 dient zur Aufnahme der zweiten Spule 08 und ist am drehbaren Lagerring 03 befestigt. Erste und zweite Spule 07, 08 sind am Boden des jeweiligen Flussleitelements 1 1 angeordnet. Als Flussleitelemente 1 1 können bei der gezeigten Ausführungsform kunststoffgespritzte Ferrite oder gepresste und gefräste Ferrite verwendet werden. Die Flussleitelemente 1 1 fungieren gleichzeitig auch als Spulenkörper. Sie können aus mehreren Segmenten bestehen. Die Flussleitelemente 1 1 sind radial angeordnet. Es ist sicherzustellen, dass die Flussleitelemente 1 1 von den Lagerringen 02, 03 elektromagnetisch isoliert sind. Dies kann durch einen definierten Luftspalt zwischen den Flussleitele- menten 1 1 und den Lagerringen 02, 03 oder durch Verwendung diamagnetischer Werkstoffe erfolgen. Auf diese Weise kann ein Einkoppeln der elektromagnetischen Felder in den Wälzlagerstahl vermieden werden, was sonst zu hohen energetischen Verlusten führen würde.
Diese zuvor beschriebene Ausführungsform des Wälzlagers 01 zeichnet sich durch eine sehr gute Flussführung aus. Es treten nur geringe Streufelder am Luftspalt auf. Statt der gezeigten U-förmigen Flussleitelemente 1 1 können auch E-förmige Flussleitelemente 1 1 zum Einsatz kommen, was in Fig. 10 beispiel- haft gezeigt ist
Fig. 4 zeigt eine Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Wälzlagers 01 in einer dritten Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten Ausführung lediglich dadurch, dass die Flussleitelemen- te 1 1 axial angeordnet sind. Zum mechanischen Schutz der Übertragungseinrichtung 05 kann der feststehende Lagerring 02 eine Verlängerung aufweisen oder es kann ein an der Lagerwelle (nicht gezeigt) angreifender Abstützring 12 verwendet werden.
Fig. 6 und 7 zeigen Teilschnittansichten des erfindungsgemäßen Wälzlagers 01 in einer vierten Ausführungsform. Diese Ausführungsform verwendet wiederum zwei Flussleitelemente 1 1 , welche hier allerdings als Elektrobleche ausgeführt sind. Innerhalb der Elektrobleche sind die Spulenkörper 09 angeordnet. Zur Abschwächung auftretender Wirbelströme können die Elektrobleche Schlitze aufweisen. Die Lagerringe 02, 03 können die Funktion der magnetischen Flussführung übernehmen.
Fig. 8 zeigt eine Teilschnittansicht des erfindungsgemäßen Wälzlagers 01 in einer fünften Ausführungsform. Diese Ausführungsform verwendet Leiterplattenspulen. Erste und zweite Spule 07, 08 sind auf Leiterplatten 13 angeordnet, welche eine Ferritfolien-Abdeckung 14 aufweisen. Die Leiterplatten 13 und die Ferritfolien-Abdeckung 14 fungieren als Flussleitelemente 1 1 .
Fig. 9 zeigt die induktive Übertragungsvorrichtung 05 in einer Ausführungsform mit lediglich einem magnetischen Flussleitelement 1 1 . Das Flussleitelement 1 1 ist U-förmig ausgestaltet. Es ist im eingebauten Zustand an einem der beiden Lagerringe 02, 03 befestigt und dient zur Aufnahme von erster und zweiter Spule 07, 08. Die zweite Spule 08 ist als Luftspule ausgebildet und an dem Lagerring 02, 03 angeordnet, an welchem das Flussleitelement 1 1 nicht befestigt ist. Diese Ausführung ermöglicht eine gute Flussführung. An der offenen Seite des Flussleitelements 1 1 kommt es jedoch zu Streufeldern.
Bei allen Ausführungen gilt, erste und zweite Spule 07, 08 können mit mehr als einer Wicklung belegt sein. Eine Wicklung kann für die Datenübertragung und eine Wicklung für die Energieübertragung optimiert sein. Bezugszeichenliste
01 - Wälzlager
02- feststehender Lagerring
03- drehbarer Lagerring
04- Wälzkörper
05- induktive Übertragungseinrichtung
06- -
07- erste Spule
08- zweite Spule
09- Spulenkörper
10- -
11 - Flussleitelemente
12 - Abstützring
13- Leiterplatten
14 - Ferritfolien-Abdeckung

Claims

Patentansprüche
1 . Wälzlager (01 ) mit einem feststehenden Lagerring(02), einem drehbaren Lagerring (03) und einer induktiven Übertragungseinrichtung (05), die zwei konzentrische, die Lagerachse umlaufende Spulen (07, 08) umfasst, zur berührungslosen Signalübertragung zwischen den beiden Lagerringen (02, 03), dadurch gekennzeichnet dass eine erste Spule (07) am feststehenden Lagerring (02) und eine zweite Spule (08) am drehbaren Lagerring (03) befestigt ist, und dass erste und zweite Spule (07, 08) im Raum zwischen beiden Lagerringen (02, 03) angeordnet sind.
2. Wälzlager (01 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Spule (07, 08) Luftspulen oder Leiterplattenspulen sind.
3. Wälzlager (01 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Übertragungseinrichtung (05) außerdem magnetische Fluss- leitelemente (1 1 ) aufweist.
4. Wälzlager (01 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Flussleitelemente (1 1 ) kunststoffgespritzte Ferrite, gepresste oder gefräste Ferrite, Leiterplatten mit Ferritfolien-Abdeckungen oder E- lektrobleche sind.
5. Wälzlager (01 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei U-förmige Flussleitelemente (1 1 ) umfasst, wobei das erste Fluss- leitelement (1 1 ) am feststehenden Lagerring (02) befestigt ist und zur Aufnahme der ersten Spule (07) dient, und wobei das zweite Flussleitelement (1 1 ) am drehbaren Lagerring (03) befestigt ist und zur Aufnahme der zweiten Spule (08) dient. Wälzlager (01 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ein U-förmiges Flussleitelement (1 1 ) umfasst, dass das Flussleitele- ment (1 1 ) an einem der beiden Lagerringe (02, 03) befestigt ist und zur Aufnahme von erster und zweiter Spule (07, 08) dient.
Wälzlager (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Lagerring (02) der Außenring und der drehbare Lagerring (03) der Innenring ist.
Wälzlager (01 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitelemente (1 1 ) elektromagnetisch von den Lagerringen (02, 03) isoliert sind.
Wälzlager (01 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Flussleitelement (1 1 ) und dem Lagering (07, 08), an dem es befestigt ist, ein Luftspalt besteht.
Wälzlager (01 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur lation der Flussleitelemente (1 1 ) diamagnetische Werkstoffe dienen.
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