DE102011082804A1

DE102011082804A1 - Lager, insbesondere Wälzlager, mit einer Energieerzeugungseinheit

Info

Publication number: DE102011082804A1
Application number: DE102011082804A
Authority: DE
Inventors: Thomas Rink; Werner Roman
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere Wälzlager (1), umfassend einen ersten Lagerring (2), einen zweiten Lagerring (3), und eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit (8), wobei der Klauenpolgenerator (8) einen ersten Klauenring (10) mit einer Abfolge von ersten Klauen (11) und einen in Umlaufrichtung der Drehachse des Lagers versetzten zweiten Klauenring (12) mit einer Abfolge von zweiten Klauen umfasst, wobei die beiden Klauenringe (10, 12) eine die Drehachse umlaufende Induktionsspule (9) umgeben, wobei die Klauen (11) der beiden Klauenringe (10, 12) mit einer die Drehachse umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen (14) die Induktionsspule (9) umgebende magnetische Kreise ausbilden, wobei die Klauenringe (10, 12) und die Induktionsspule (9) auf einer Stirnfläche (16) des ersten Lagerrings (2) befestigt sind, wobei die magnetischen Pole (14) an dem zweiten Lagerring (3) befestigt sind, wobei die magnetischen Pole (14) mittels eines Rückschlussrings aus einem magnetisch leitenden Material untereinander magnetisch leitend verbunden sind, wobei die beiden Klauenringe (10, 12) magnetisch leitend verbunden sind, und wobei die magnetisch leitende Verbindung der beiden Klauenringe (10, 12) im wesentlichen durch den magnetisch leitenden Abschnitt eines axialen Sicherungselementes (6), insbesondere durch eine Wellenmutter oder durch eine Nutmutter, hergestellt ist. Das vorgenannte Lager löst erfindungsgemäß die Aufgabe, den Aufbau eines mit einem axial gesicherten Lagers, das eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit aufweist, zu verbessern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, mit einer als Klauenpolgenerator ausgebildeten Energieerzeugungseinheit.
DE 10 2011 075 548.9 , angemeldet am 10. Mai 2011, beschreibt ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, umfassend einen ersten Lagerring, einen zweiten Lagerring, und eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit, wobei der Klauenpolgenerator einen ersten Klauenring mit einer Abfolge von ersten Klauen und einen in Umlaufrichtung der Drehachse des Lagers versetzten zweiten Klauenring mit einer Abfolge von zweiten Klauen umfasst, wobei die beiden Klauenringe eine die Drehachse des Lagers umlaufende Induktionsspule umgeben, wobei die Klauen der beiden Klauenringe mit einer die Drehachse umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen die Induktionsspule umgebende magnetische Kreise ausbilden, wobei die Klauenringe und die Induktionsspule auf einer Stirnfläche des ersten Lagerrings befestigt sind, wobei die magnetischen Pole mittels eines Trägerrings auf der Stirnfläche des zweiten Lagerrings befestigt sind, wobei die magnetischen Pole mittels eines Rückschlussrings aus einem magnetisch leitenden Material untereinander magnetisch leitend verbunden sind, und wobei die beiden Klauenringe magnetisch leitend verbunden sind. Um die magnetisch leitende Verbindung der beiden Klauenringe sicherzustellen, ist vorgesehen, dass zwischen die beiden sich radial erstreckenden, auf die Welle weisenden Abschnitte ein Flussleitring eingeschoben wird, und der Verbund aus den beiden Klauenringen, dem Flussleitring, der Induktionsspule mittels eines weiteren Bauteils, nämlich eines Trägerrings, auf der Stirnfläche des ersten Lagerrings befestigt ist. Hierbei ist ungünstig, dass der Flussleitring einen Bauraum beansprucht, der eigentlich für die Induktionsspule vorgesehen ist. Zur Sicherung des ersten Lagerrings ist üblicherweise ein Sicherungselement vorgesehen, das nur aufwendig anzubringen ist und dessen Anbringung unmittelbar an dem ersten Lagerring durch den Trägerring erschwert wird.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Aufbau eines mit einem axial gesicherten Lagers, das eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit aufweist, zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, dass die magnetisch leitende Verbindung der beiden Klauenringe im wesentlichen durch den magnetisch leitenden Abschnitt eines axialen Sicherungselementes, insbesondere durch eine Wellenmutter, hergestellt ist.
Das axiale Sicherungselement, das die Stellung des ersten Lagerrings auf der Welle axial fixiert und das insbesondere als eine Wellenmutter oder eine Nutmutter ausgebildet ist, bewirkt zusätzlich zu der axialen Fixierung die magnetisch leitende Verbindung der beiden Klauenringe und somit die Schließung des magnetischen Flusses auf der Seite der Klauenringe. Damit entfällt ein Flussleitelement, das zwischen den beiden Klauenringen angeordnet ist und den Bauraum der Induktionsspule einschränkt.
Da bei der Auslegung des Lagers ein Bauraum für das axiale Sicherungselement, beispielsweise die Nutmutter oder die Wellenmutter, routinemäßig eingeplant wird, ist kein zusätzlicher Bauraum vorzuhalten, um die magnetisch leitende Verbindung der beiden Klauenbleche auszubilden, so dass sich der konstruktive Aufwand vereinfacht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen dem Sicherungselement und einer Stirnfläche des ersten Lagerrings ein radial verlängerter Abschnitt des ersten Klauenrings angeordnet ist, wobei das Sicherungselement flächig auf dem verlängerten Abschnitt aufliegt. Die vergrößerte Kontaktfläche des Sicherungselementes zu dem ersten Klauenring vereinfacht die Ausbildung eines die Grenzfläche überschreitenden magnetischen Flusses.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein axial abgestellter Abschnitt des zweiten Klauenrings an einer axialen Kontaktfläche des Sicherungselementes flächig anliegt. Die vergrößerte Kontaktfläche des Sicherungselementes zu dem zweiten Klauenring vereinfacht die Ausbildung eines die Grenzfläche überschreitenden magnetischen Flusses.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ausschnittsweise ein als Wälzlager 1 ausgebildetes Lager, das einen ersten Lagerring 2 und einen zweiten Lagerring 3 umfasst. Das Wälzlager 1 ist zweireihig ausgebildet und umfasst zwei Reihen von Wälzkörpern 4, die als Pendelrollen ausgebildet sind. Die Wälzkörper 4 werden von einem Lagerkäfig 5 in Umfangsrichtung, bezogen auf eine Drehachse des Wälzlagers 1, sowie axial, also im wesentlichen parallel zu einer bildlich nicht dargestellten Drehachse des Wälzlagers 1, geführt und beabstandet gehalten. Die beiden Reihen der Pendelrollen 4 sind in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet.
Das Wälzlager 1 ist Teil einer Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer Walze, nämlich einer Messwalze oder einer Führungswalze in Papiermaschinen, wobei im Bereich des Lagers eine konisch zulaufende Welle um die Drehachse drehbar gehalten wird.
Die Walze weist einen Drucksensor auf, der den Anpressdruck der Papierbahn auf die äußere Mantelfläche der Walze erfasst, wobei der Drucksensor, der beispielsweise ein piezoelektrisches Element oder einen auf Druck ansprechenden Lichtwellenleiter umfasst, auf der Mantelfläche diese spiralartig umlaufend vorgesehen ist. Der Drucksensor ist von dem Wälzlager 1 energetisch beaufschlagt. Hierzu umfasst das Wälzlager 1 eine Energieversorgungseinheit 8. Die Energieversorgungseinheit 8 ist als Klauenpolgenerator ausgebildet und umfasst eine in Umfangsrichtung umlaufende, insbesondere die Drehachse umlaufende, Induktionsspule 9.
Der Klauenpolgenerator 8 umfasst einen ersten Klauenring 10, der eine in Umfangsrichtung, bezogen auf die Drehachse des ersten Lagerrings 2, umlaufende Abfolge von ersten Klauen umfasst, wobei eine der ersten Klauen mit dem Bezugszeichen ‚11’ ausgewiesen ist. Die erste Klaue 11 ist als im wesentlichen axial, also parallel zu der Drehachse des ersten Lagerrings 2 abgestellter Abschnitt des ringförmigen, radial sich erstreckenden ersten Klauenrings 10 ausgebildet.
Der Klauenpolgenerator 8 umfasst einen zweiten Klauenring 12 mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Abfolge von zweiten Klauen, wobei die Schnittebene der Darstellung aus 1 so gelegt ist, dass eine erste der zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 oberhalb und eine in Umfangsrichtung benachbarte zweite der zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 unterhalb der Papierebene angeordnet sind. Die beiden nicht erkennbaren zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 sind, ähnlich wie die erste Klaue 11 des ersten Klauenrings 10, axial, also parallel zu der Drehachse gerichtet.
Die beiden Klauenringe 10, 12 des Klauenpolgenerators 8 umgeben die Induktionsspule 9, die in einer Aufnahme 13 angeordnet ist, die die Induktionsspule 9 zu drei Seiten umgibt, wobei die Klauen 11 der Klauenringe 10, 12 die Induktionsspule 9 an der verbliebenen vierten Seite der Aufnahme 13 übergreifen Die Aufnahme 13 ist aus einem magnetisch nicht-leitenden Material, nämlich einem spritzbaren Kunststoff, ausgebildet, und als innenseitig offener Hohlring mit im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgebildet, wobei zwischen den Schenkeln des U die Induktionsspule 9 aufgenommen ist und außen an den beiden Schenkeln des U der jeweilige Klauenring 10, 12 auf dem Schenkel des U aufliegt.
Die mit dem Bezugszeichen ‚9’ ausgewiesene Induktionsspule weist zusätzlich zu einem metallischen Leiter, der die Drehachse des Lagers bzw. des ersten Lagerrings 2 mit mehreren Windungen umgibt, eine elektrisch nicht-leitende Vergussmasse auf, so dass ein formstabiler Verbund entsteht, der als Induktionsspule 9 in die Aufnahme 13, nämlich die Öffnung des U, eingelegt werden kann. Die Klauen der beiden Klauenringe 10, 12 überdecken die Öffnung des U und verhindern ein Herausfallen der Induktionsspule 9 aus der Aufnahme 13.
Der Klauenpolgenerator umfasst weiter eine in Umfangsrichtung, nämlich die Drehachse, umlaufende Abfolge von magnetischen Polen, deren einer mit dem Bezugszeichen ‚14’ ausgewiesen ist. Benachbarte Pole sind dabei ungleichnamig, beispielsweise ist der magnetische Pol 14 ein Nordpol und der jeweils benachbarte, oberhalb bzw. unterhalb der Papierebene befindliche magnetische Pol ein Südpol. Die magnetischen Pole 14 sind dabei Abschnitte von plattenförmigen Permanentmagneten, die, in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet, so ausgerichtet sind, dass jeweils ein Pol in Richtung der Drehachse und damit in Richtung auf eine Klaue eines der beiden Klauenringe 10, 12 weist.
Die beiden Klauenringe 10, 12 sind untereinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnet, derart, dass beispielsweise alle ersten Klauen 11 des ersten Klauenrings 10 einem Nordpol 14 und alle zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 einem Südpol gegenüberliegen.
Damit bildet sich ein die Induktionsspule 9 und die dort aufgenommenen elektrisch leitenden Windungen umlaufender magnetischer Kreis, ausgehend von dem als Nordpol ausgebildeten ersten magnetischen Pol 14 über einen Spalt zu der ersten Klaue 11 des ersten Klauenrings 10, über das magnetisch leitfähige Material des Korpus des ersten Lagerrings 2 zu dem zweiten Klauenring 12 zu einer der zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 über den Spalt zu einem als Südpol ausgebildeten magnetischen Pol, der dem als Nordpol ausgebildeten magnetischen Pol 14 in Umfangsrichtung benachbart ist. Bei der Drehung des Lagerrings 2 um die Drehachse ändert sich die Orientierung des magnetischen Kreises, so dass in den Windungen des elektrischen Leiters in der Induktionsspule 9 eine Wechselspannung induziert wird, die als Nutzspannung, insbesondere nach einer elektronischen Aufbereitung, abgegriffen wird.
Der erste Lagerring 2 ist auf der bildlich nicht dargestellten Welle mittels eines axialen Sicherungselementes 6, nämlich einer Wellenmutter, befestigt. Die Wellenmutter 6 ist aus einem magnetisch leitenden Material ausgebildet und steht mit beiden Klauenringen 10, 12 in magnetisch leitender Verbindung, so dass die magnetisch leitende Verbindung der beiden Klauenringe 10, 12 im wesentlichen durch das magnetisch leitende Korpus des axialen Sicherungselementes 6, nämlich durch eine Wellenmutter, hergestellt ist.
Zur Verbesserung der magnetischen Flussführung durch das Sicherungselement 6 ist vorgesehen, dass zwischen dem Sicherungselement 6 und einer Stirnfläche 16 des ersten Lagerrings 2 ein radial verlängerter Abschnitt 7 des ersten Klauenrings 10 angeordnet ist, wobei das Sicherungselement 6 mit einer radialen Kontaktfläche 15 flächig auf dem verlängerten Abschnitt 7 aufliegt. Der ersten Klauenring 10 ist in radialer Richtung um einen Betrag verlängert, und der verlängerte Abschnitt 7 weist damit eine radiale Erstreckung auf, die im wesentlichen der Dicke des ersten Lagerrings 2 entspricht.
Zur Verbesserung der magnetischen Flussführung durch das Sicherungselement 6 ist weiter vorgesehen, dass ein axial abgestellter Abschnitt 17 des zweiten Klauenrings 12 an einer axialen Kontaktfläche 18 des Sicherungselementes 6 flächig anliegt. Die beiden Klauenringe 10, 12 können sich zwar entlang einer Linie berühren, die durch die Kontaktlinie des Endes des axial abgestellten Abschnitts 17 des zweiten Klauenrings 12 und den radial verlängerten Abschnitt 7 des ersten Klauenrings 10 gebildet ist, jedoch ist diese linienhafte Berührung für eine magnetische Verbindung der beiden Klauenringe 10, 12 unzureichend und im Betriebsfall störungsanfällig.
Der axial abgestellte Abschnitt 17 des zweiten Klauenrings 12 begrenzt dann die Induktionsspule 9 an einer vierten, den Klauen 11 gegenüberliegenden, auf die Welle weisenden Seite. Zwischen dem axial abgestellten Abschnitt 17 und der Induktionsspule 9 ist ein Bauraum mit dem Bezugszeichen ‚23’ ausgewiesen, der beispielsweise zur Vergrößerung des Füllfaktors der Induktionsspule 9 oder zur Aufnahme elektronischer Komponenten zur Verfügung steht.
Die magnetischen Pole, insbesondere der mit dem Bezugszeichen ‚14’ ausgewiesene, im Querschnitt dargestellte magnetische Pol des Permanentmagneten, sind an einem Trägerring 19 befestigt, wobei der Trägerring 19 mittels einer Schraube 20 unter Ausbildung einer Schraubverbindung an einer Stirnfläche 21 des zweiten Lagerrings 3 befestigt ist. Die magnetischen Pole sind untereinander mittels eines Rückschlussrings magnetisch leitend verbunden; insbesondere ist der mit dem Bezugszeichen ‚14’ ausgewiesene magnetische Pol mit den in Umfangsrichtung benachbarten, oberhalb bzw. unterhalb der Papierebene befindlichen, ungleichnamigen magnetischen Polen magnetisch leitend verbunden. Der Rückschlussring ist mit dem Trägerring 19 einteilig ausgebildet, insbesondere ist der Trägerring 19 aus einem magnetisch leitenden Material ausgebildet. Der Trägerring 19 liegt vollständig auf der Stirnfläche 21 des zweiten Lagerrings 3 auf und umläuft die Drehachse des Lagers bzw. des zweiten Lagerrings 3 als flachbauender Kreisring. In den Trägerring 19 sind radiale Schlitze eingebracht, durch die ein Schmiermittel aus dem Bereich zwischen den beiden Lageringen 2, 3 austreten kann.
1 zeigt weiter, dass ein Spalt 22 zwischen der Klaue 11 und dem magnetischen Pol 14 unter einem Winkel zu der Drehachse der beiden Lagerringe 2, 3 verläuft; der Spalt 22 ist insbesondere zu der Drehachse geneigt, so dass eine leichte Verkippung des Lagers um weniger als ca. 2° die Spaltbreite nicht so weit vergrößert, dass ein das Schließen des magnetischen Kreises über den Spalt 22 hinweg unterdrückt und die Leistungsfähigkeit der als Klauenpolgenerator ausgebildeten Energieerzeugungseinheit 8 eingeschränkt wird. Der Verlauf des Spaltes 22 folgt dabei einer gedachten Verlängerung der Kontur der Laufbahn des zweiten Lagerrings 3 und kann durch ein kurzes Kreisbogensegment bzw. durch eine Gerade approximiert werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war das axiale Sicherungselement 6 als Wellenmutter ausgebildet. Es versteht sich, dass das axiale Sicherungselement 6 auch als Nutmutter ausgebildet sein kann.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: erster Lagerring
3: zweiter Lagerring
4: Wälzkörper
5: Lagerkäfig
6: axiales Sicherungselement
7: radial verlängerter Abschnitt des ersten Klauenrings 10
8: Energieerzeugungseinheit
9: Induktionsspule
10: erster Klauenring
11: erste Klaue
12: zweiter Klauenring
13: Aufnahme
14: magnetischer Pol
15: radiale Kontaktfläche des Sicherungselementes 6
16: Stirnfläche des ersten Lagerrings 2
17: axial abgestellter Abschnitt des zweiten Klauenrings 12
18: axiale Kontaktfläche des Sicherungselementes 6
19: Trägerring
20: Schraube
21: Stirnfläche des zweiten Lagerrings 3
22: Spalt
23: Bauraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011075548 [0002]

Claims

Lager, insbesondere Wälzlager (1), umfassend einen ersten Lagerring (2), einen zweiten Lagerring (3), und eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit (8), wobei der Klauenpolgenerator (8) einen ersten Klauenring (10) mit einer Abfolge von ersten Klauen (11) und einen in Umlaufrichtung der Drehachse des Lagers versetzten zweiten Klauenring (12) mit einer Abfolge von zweiten Klauen umfasst, wobei die beiden Klauenringe (10, 12) eine die Drehachse umlaufende Induktionsspule (9) umgeben, wobei die Klauen (11) der beiden Klauenringe (10, 12) mit einer die Drehachse umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen (14) die Induktionsspule (9) umgebende magnetische Kreise ausbilden, wobei die Klauenringe (10, 12) und die Induktionsspule (9) auf einer Stirnfläche (16) des ersten Lagerrings (2) befestigt sind, wobei die magnetischen Pole (14) an dem zweiten Lagerring (3) befestigt sind, wobei die magnetischen Pole (14) mittels eines Rückschlussrings aus einem magnetisch leitenden Material untereinander magnetisch leitend verbunden sind, wobei die beiden Klauenringe (10, 12) magnetisch leitend verbunden sind, und wobei die magnetisch leitende Verbindung der beiden Klauenringe (10, 12) im wesentlichen durch den magnetisch leitenden Abschnitt eines axialen Sicherungselementes (6), insbesondere durch eine Wellenmutter oder durch eine Nutmutter, hergestellt ist.
Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sicherungselement (6) und einer Stirnfläche (16) des ersten Lagerrings (2) ein radial verlängerter Abschnitt (7) des ersten Klauenrings (10) angeordnet ist, wobei das Sicherungselement (6) flächig auf dem verlängerten Abschnitt (7) aufliegt.
Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein axial abgestellter Abschnitt (17) des zweiten Klauenrings (12) an einer axialen Kontaktfläche (18) des Sicherungselementes (6) flächig anliegt.
Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole (14) mittels eines Trägerrings (19) auf der Stirnfläche (21) des zweiten Lagerrings (3) befestigt sind.