BE1027297B1

BE1027297B1 - Generator device for the energy supply of electronic components arranged within a rolling element of a rolling bearing

Info

Publication number: BE1027297B1
Application number: BE20195268A
Authority: BE
Inventors: Dr Gunther Elfert
Original assignee: Thyssenkrupp Rothe Erde Gmbh; Thyssenkrupp Ag
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-12-21
Also published as: BE1027297A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Generatorvorrichtung für die Energieversorgung von innerhalb eines Wälzkörpers eines Wälzlagers angeordneten Elektronikkomponenten umfassend einen achssymmetrisch ausgebildeten Wälzkörper (2) mit mindestens einer Stirnseite (3), einen an dem Wälzkörper (2) stirnseitig angeordneten Generatorpolschuh (4), in dem mindestens eine Induktionsspule (5) beabstandet zur Wälzkörperachse (A) aufgenommen ist und einen Magnethalter (6) mit mindestens einem Magneten (7) für eine Wechselwirkung mit der Induktionsspule (5), wobei der Magnethalter (6) dem Generatorpolschuh (4) gegenüberliegend an einem Wälzkörperkäfig (8) verdrehsicher positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnethalter (6) an dem Generatorpolschuh (4) mittels eines Generatorlagers (9) gelagert ist, das koaxial zu der Wälzkörperachse (A) angeordnet ist und den mindestens einen Magneten (7) axial beabstandet zu dem Generatorpolschuh (4) positioniert, sowie ein Wälz-lager mit einer solchen Generatorvorrichtung.The invention relates to a generator device for supplying energy to electronic components arranged within a rolling element of a rolling bearing, comprising an axially symmetrical rolling element (2) with at least one end face (3), a generator pole shoe (4) arranged at the end of the rolling element (2) in which at least one Induction coil (5) spaced from the rolling element axis (A) and a magnet holder (6) with at least one magnet (7) for interaction with the induction coil (5), the magnet holder (6) opposite the generator pole shoe (4) on a rolling element cage (8) can be positioned non-rotatably, characterized in that the magnet holder (6) is mounted on the generator pole shoe (4) by means of a generator bearing (9) which is arranged coaxially to the rolling element axis (A) and the at least one magnet (7) axially positioned at a distance from the generator pole shoe (4), as well as a roller bearing with such a generator gate device.

Description

Generatorvorrichtung für die Energieversorgung von innerhalb eines Wälzkörpers eines Wälzlagers angeordneten Elektronikkomponenten Stand der Technik Die Erfindung betrifft eine Generatorvorrichtung für die Energieversorgung von innerhalb eines Wälzkörpers eines Wälzlagers angeordneten Elektronikkomponenten sowie ein Wälz- lager mit einer solchen Generatorvorrichtung.Generator device for supplying energy to electronic components arranged within a rolling element of a rolling bearing. PRIOR ART The invention relates to a generator device for supplying energy to electronic components arranged within a rolling element of a rolling bearing and a rolling bearing with such a generator device.

Um Wälzlager bezüglich der Lebensdauer und Materialermüdung zu optimieren, ist eine möglichst genaue Kenntnis der inneren Lagerbelastungen wünschenswert. Um an diese Da- ten zu gelangen, musste ein Lager bislang mit komplizierter Messtechnik versehen werden, die die Funktion des Lagers teilweise einschränkte. Das Lager musste für die Aufnahme von Sensoren aufwändig umgebaut werden. Zur Lösung dieser Problemstellung wurden bereits kompakte Systeme vorgeschlagen, bei denen die gesamte Messtechnik in einem Wälzkörper untergebracht ist, der die Kraftübertra- gung zwischen Innen- und AuBenring des Wälzlagers bereitstellt. Solche Systeme können ohne einen aufwändigen Umbau in ein bestehendes Wälzlager integriert werden. Für eine Energieversorgung der Messtechnik ohne physische Verbindungen nach außen wurden beispielsweise Batterien in dem Wälzkörper zur Energieversorgung eingesetzt. Nachteilig ist die begrenzte Speicherkapazität und der Platzbedarf von Batterien, die es er- schweren eine Energieversorgung der Messtechnik über die gesamte Lebensdauer des Wälzlagers sicherzustellen. Aus DE 10 2016 116 118 A1 ist daher ein Wälzkörper für ein Wälzlager bekannt, der einen induktiven Mikrogenerator umfasst. Der Wälzkörper weist eine Vielzahl von Spulen auf, die auf einer Kreisbahn zwischen einer in der Mitte des Wälzkörpers angeordneten Bohrung und dessen AuBenmantel angeordnet sind. Damit die Wälzkörper des Wälzlagers regelmäßig beabstandet bleiben, sind sie in den Taschen eines zwischen dem AuBenring und dem In- nenring befindlichen Käfigs angeordnet. An der Stelle des Wälzkörpers (innere Seite der Käfigtasche gegenüber der Stirnseite des Wälzkörpers) umfasst der Käfig Magnete, die es dem Mikrogenerator ermöglichen einen Strom zu induzieren und somit eine Energieversor-In order to optimize rolling bearings with regard to service life and material fatigue, it is desirable to have as precise a knowledge of the internal bearing loads as possible. In order to access this data, a warehouse previously had to be equipped with complex measuring technology, which partially restricted the function of the warehouse. The warehouse had to be laboriously converted to accommodate sensors. To solve this problem, compact systems have already been proposed in which the entire measurement technology is accommodated in a rolling element that provides the power transmission between the inner and outer ring of the rolling bearing. Such systems can be integrated into an existing rolling bearing without complex modifications. For an energy supply of the measurement technology without physical connections to the outside, for example batteries were used in the rolling element for energy supply. The disadvantage is the limited storage capacity and the space required by batteries, which make it difficult to ensure an energy supply for the measuring technology over the entire service life of the rolling bearing. From DE 10 2016 116 118 A1, a rolling element for a rolling bearing is therefore known which comprises an inductive micro-generator. The rolling element has a plurality of coils which are arranged on a circular path between a bore arranged in the center of the rolling element and its outer jacket. So that the rolling elements of the rolling bearing remain regularly spaced, they are arranged in the pockets of a cage located between the outer ring and the inner ring. At the place of the rolling element (inner side of the cage pocket opposite the end face of the rolling element) the cage contains magnets that enable the microgenerator to induce a current and thus a power supply.

gung für einen im Wälzkörper angeordneten Sensor und ein Funkmodul bereitzustellen. Der Mikrogenerator ist vorgesehen, alleine aus der Bewegung, d.h. dem Abrollen, des Wälzkör- pers Energie zu generieren. Nachteilig ist, dass der Mikrogenerator aufgrund von Bewegun- gen des Wälzkörpers relativ zum Käfig einen schwankenden Wirkungsgrad aufweist, auf- grund dessen der Betrieb des Sensors und des Funkmoduls zeitweise nur eingeschränkt möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Generatorvorrichtung für die Energieversorgung von innerhalb eines Wälzkörpers eines Wälzlagers angeordneten Elektronikkomponenten sowie ein Wälzlager mit einer Generatorvorrichtung zu schaffen, die zuverlässig und mit ei- nem verbesserten Wirkungsgrad arbeitet.supply for a sensor arranged in the rolling element and a radio module. The microgenerator is intended to generate energy solely from the movement, i.e. rolling, of the rolling element. It is disadvantageous that the microgenerator has a fluctuating efficiency due to the movements of the rolling element relative to the cage, due to which the operation of the sensor and the radio module is only possible to a limited extent at times. The object of the invention is therefore to create a generator device for the energy supply of electronic components arranged within a rolling element of a rolling bearing, as well as a rolling bearing with a generator device that works reliably and with improved efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Generatorvorrichtung für die Energieversorgung von innerhalb eines Wälzkörpers eines Wälzlagers angeordneten Elektronikkomponenten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Hierdurch wird eine Generatorvorrichtung für die Energieversorgung von innerhalb eines Wälzkörpers eines Wälzlagers angeordneten Elektronikkomponenten geschaffen, die einen achssymmetrisch ausgebildeten Wälzkörper mit mindestens einer Stirnseite, einen an dem Wälzkörper stirnseitig angeordneten Generatorpolschuh, in dem mindestens eine Indukti- onsspule beabstandet zur Wälzkörperachse aufgenommen ist und einen Magnethalter mit mindestens einem Magneten für eine Wechselwirkung mit der Induktionsspule umfasst. Der Magnethalter ist dem Generatorpolschuh gegenüberliegend an einem Wälzkörperkäfig oder Wälzkörperkäfigsegment verdrehsicher positionierbar. Der Magnethalter ist erfindungsge- _mäß ferner an dem Generatorpolschuh mittels eines Generatorlagers gelagert, das koaxial zu der Wälzkörperachse angeordnet ist und den mindestens einen Magneten axial beab- standet zu dem Generatorpolschuh positioniert. Mit Generatorlager ist hier eine Lagervorrich- tung zur Lagerung des Magnethalters gegenüber des Generatorpolschuhs gemeint. Das Generatorlager ist vorzugsweise dazu ausgebildet, sowohl radiale als auch axiale Belastun- gen zu übertragen.This object is achieved by a generator device for the energy supply of electronic components arranged within a rolling element of a rolling bearing with the features of claim 1 and a rolling bearing with the features of claim 7. This creates a generator device for the energy supply of electronic components arranged within a rolling element of a rolling bearing , which comprises an axially symmetrical rolling element with at least one end face, a generator pole shoe arranged on the end face of the rolling element, in which at least one induction coil is received at a distance from the rolling element axis and a magnet holder with at least one magnet for interaction with the induction coil. The magnet holder can be positioned opposite the generator pole shoe on a rolling element cage or rolling element cage segment so that it cannot rotate. According to the invention, the magnet holder is also mounted on the generator pole shoe by means of a generator bearing, which is arranged coaxially to the rolling element axis and which positions the at least one magnet axially spaced from the generator pole shoe. The generator bearing here means a bearing device for mounting the magnet holder opposite the generator pole shoe. The generator bearing is preferably designed to transmit both radial and axial loads.

Durch die erfindungsgemäße Lagerung des Magnethalters an dem Generatorpolschuh mit- tels eines Generatorlagers wird erreicht, dass die Bahn der mindestens einen Induktionsspu- le während der Abrollbewegung des Wälzkörpers relativ zu dem mindestens einen Magneten festgelegt wird. Relativverschiebungen des Magnethalters zu dem Generatorpolschuh sind auf das radiale Spiel des Lagers begrenzt. Erfindungsgemäß positioniert das Generatorlager ferner den mindestens einen Magneten axial beabstandet zu dem Generatorpolschuh. Das Generatorlager ist somit geeignet, zu- mindest axiale Druckbelastungen aufzunehmen, um eine axiale Beabstandung der Magne- ten von dem Generatorpolschuh zu gewährleisten. Aufgrund der Wirkung der Magneten wird der Magnethalter zu dem, vorzugsweise aus Stahl hergestellten, Wälzkörper hingezogen, so dass eine axiale Druckbelastbarkeit des Lagers ausreichend ist, um einen im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen den Magneten und dem Generatorpolschuh zu gewährleisten. Durch die erfindungsgemäße Lagerung des Magnethalters an dem Generatorpolschuh wird somit vorteilhaft sowohl die radiale als auch die axiale Relativbewegung des mindestens einen Magneten zu der mindestens einen Induktionsspule definiert. Der Wirkungsgrad der Generatorvorrichtung ist dadurch während der Abrollbewegung des Wälzkörpers im Lager erhöht und vergleichmäßigt. Ausfälle und Minderleistungen der Generatorvorrichtung durch eine Relativverschiebung von Käfig zu Wälzkörper werden vermieden.The inventive mounting of the magnet holder on the generator pole shoe by means of a generator bearing ensures that the path of the at least one induction coil is fixed relative to the at least one magnet during the rolling movement of the rolling element. Relative displacements of the magnet holder to the generator pole shoe are limited to the radial play of the bearing. According to the invention, the generator bearing also positions the at least one magnet axially spaced from the generator pole piece. The generator bearing is thus suitable for absorbing at least axial pressure loads in order to ensure an axial spacing of the magnets from the generator pole piece. Due to the effect of the magnets, the magnet holder is drawn towards the rolling element, which is preferably made of steel, so that the bearing can withstand axial pressure loads to ensure a substantially constant distance between the magnets and the generator pole shoe. The inventive mounting of the magnet holder on the generator pole shoe thus advantageously defines both the radial and the axial relative movement of the at least one magnet to the at least one induction coil. The efficiency of the generator device is thereby increased and evened out during the rolling movement of the rolling element in the bearing. Failures and reduced performance of the generator device due to a relative displacement of the cage to the rolling elements are avoided.

Vorzugsweise kann das Generatorlager als ein Gleitlager ausgebildet sein. Ein Gleitlager bildet eine kostengünstige Lagerung des Magnethalters mit einer hinreichenden Führungs- genauigkeit. Da der Raum zwischen Wälzkörper, Wälzkörperkäfig und Lagerringen ohnehin üblicherweise mit einer Fettschmierung gefüllt ist, ist eine zusätzliche Schmierung des Gleit- lagers nicht erforderlich.The generator bearing can preferably be designed as a slide bearing. A plain bearing forms an inexpensive mounting of the magnet holder with sufficient guidance accuracy. Since the space between the rolling elements, rolling element cage and bearing rings is usually filled with grease lubrication anyway, additional lubrication of the plain bearing is not required.

Für die Gleitlagerung ist vorzugsweise vorgesehen, dass in den Generatorpolschuh und/oder in die Stirnseite des Wälzkörpers koaxial zur Wälzkörperachse eine umlaufende Nut einge- bracht ist, in die mindestens ein an dem Magnethalter ausgebildeter Vorsprung eingreift. Der Vorsprung des Magnethalters weist vorzugsweise eine wählbare axiale Erstreckung auf, die größer ist als die Tiefe der umlaufenden Nut. Durch die Wahl der axialen Erstreckung ist der axiale Abstand zwischen Magnet und Generatorpolschuh einstellbar.For the sliding bearing, it is preferably provided that a circumferential groove is made in the generator pole shoe and / or in the end face of the roller body coaxially to the roller body axis, into which at least one projection formed on the magnet holder engages. The projection of the magnet holder preferably has a selectable axial extent which is greater than the depth of the circumferential groove. The axial distance between the magnet and the generator pole piece can be set by choosing the axial extent.

Alternativ kann das Generatorlager als ein Wälzlager ausgebildet sein, wobei das Wälzlager beispielsweise ein Kugellager sein kann. Ein Wälzlager weist im Vergleich zum Gleitlager einen geringeren Verschleiß auf und kann auch ein geringeres Reibmoment aufweisen.Alternatively, the generator bearing can be designed as a roller bearing, wherein the roller bearing can be a ball bearing, for example. A roller bearing shows less wear than a plain bearing and can also have a lower frictional torque.

Unabhängig vom Lagertyp liegt die axiale Beabstandung des mindestens einen Magneten zu dem Generatorpolschuh vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,2 mm, besonders bevor- zugt im Bereich von 0,05 bis 0,15 mm. Durch die Wahl der axialen Beabstandung innerhalb dieses Bereichs werden der Wirkungsgrad und zugleich die Lebensdauer der Generatorvor- richtung verbessert. Während die in der Induktionsspule erzeugte Energie mit abnehmender Beabstandung zunimmt, ist aufgrund des über die Lebensdauer eines Wälzlagers auftreten- den Verschleißes der Lagerkomponenten empfehlenswert einen Mindestabstand einzuhal- ten, damit eine Berührung von Generatorpolschuh und Magneten zuverlässig vermieden wird. Eine solche Berührung würde innerhalb kurzer Zeit zu Beschädigungen der Generator- vorrichtung führen. Innerhalb der axialen Beabstandung kann beispielsweise auch eine Ver- siegelung des Generatorpolschuhs, beispielsweise mittels eines Epoxidharzsystems, vorge- sehen sein.Regardless of the type of bearing, the axial spacing of the at least one magnet from the generator pole shoe is preferably in the range from 0.02 to 0.2 mm, particularly preferably in the range from 0.05 to 0.15 mm. By choosing the axial spacing within this range, the efficiency and at the same time the service life of the generator device are improved. While the energy generated in the induction coil increases as the distance decreases, it is advisable to maintain a minimum distance due to the wear and tear of the bearing components over the life of a roller bearing so that contact between the generator pole shoe and the magnet is reliably avoided. Such contact would lead to damage to the generator device within a short time. Sealing of the generator pole shoe, for example by means of an epoxy resin system, can also be provided within the axial spacing.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Wälzlager, das mindestens zwei Wälzlagerringe, zwischen den Wälzlagerringen angeordnete Wälzkörper und einen Wälzkörperkäfig zur Be- abstandung der Wälzkörper untereinander umfasst. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Wälzlager eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Generatorvorrichtung.The object is also achieved by a roller bearing which comprises at least two roller bearing rings, roller bodies arranged between the roller bearing rings and a roller body cage for spacing the roller bodies from one another. Furthermore, the roller bearing according to the invention comprises a generator device according to the invention described above.

Vorzugsweise ist der Magnethalter in dem erfindungsgemäßen Wälzlager in einer Ausneh- mung des Wälzkörperkäfigs schwimmend und verdrehsicher gelagert. Durch diese Lagerung des Magnethalters am Wälzkörperkäfig wird erreicht, dass die Generatorvorrichtung als ei- genständige Einheit im Wälzlager angeordnet ist, die vom Käfig während einer Drehung des Wälzlagers mitgeführt wird. Die Verdrehsicherung des Magnethalters am Käfig verhindert effektiv ein Mitdrehen des Magnethalters beim Abrollen des Wälzkörpers auf einer Wälzkör- perlaufbahn der Wälzlagerringe. Es wird somit sichergestellt, dass auch bei belastungs- oder verschleißbedingt erhöhten Reibwerten des Generatorlagers eine relative Rotation des Ge- neratorpolschuhs gegenüber dem mindestens einen Magneten beim Abrollen des Wälzkör- pers auftritt. Die schwimmende Lagerung des Magnethalters am Wälzkörperkäfig ermöglicht eine Entkopplung der Bewegungen des Wälzkörperkäfigs und des Magnethalters, insbeson- dere in der Haupterstreckungsrichtung des Wälzkörperkäfigs. In einer bevorzugten Ausfüh- rungsform weist das Generatorlager ein radiales Lagerspiel auf, das geringer ist als ein Spiel des Magnethalters in der Ausnehmung des Wälzkörperkäfigs.In the roller bearing according to the invention, the magnet holder is preferably floatingly and non-rotatably mounted in a recess of the roller body cage. This mounting of the magnet holder on the rolling element cage ensures that the generator device is arranged as an independent unit in the rolling bearing, which is carried along by the cage during rotation of the rolling bearing. The anti-rotation lock of the magnet holder on the cage effectively prevents the magnet holder from rotating when the rolling element rolls on a rolling element raceway of the rolling bearing rings. It is thus ensured that even with increased friction values of the generator bearing due to load or wear, a relative rotation of the generator pole shoe with respect to the at least one magnet occurs when the rolling element rolls. The floating mounting of the magnet holder on the rolling element cage enables the movements of the rolling element cage and the magnet holder to be decoupled, in particular in the main direction of extent of the rolling element cage. In a preferred embodiment, the generator bearing has a radial bearing play which is less than a play of the magnet holder in the recess of the roller body cage.

Bei dem Wälzlager kann ferner vorgesehen sein, dass der Wälzkörper in dem Wälzkörperkä- fig ein axiales Spiel aufweist, das geringer ist als eine axiale Eingriffstiefe des Gleitlagers.In the case of the roller bearing, it can furthermore be provided that the roller body in the roller body cage has an axial play that is less than an axial depth of engagement of the slide bearing.

Dadurch kann ein besonders einfach aufgebautes Gleitlager Verwendung finden, das keinen Maximalabstand zwischen Magnethalter und Generatorpolschuh definiert.As a result, a particularly simply constructed plain bearing can be used that does not define a maximum distance between the magnet holder and the generator pole shoe.

Durch die form- schlüssige Einfassung des Wälzkôrpers mit Generatorpolschuh und Magnethalter in einer Tasche des Wälzkörperkäfigs wird das Gleitlager in Eingriff gehalten. 5 Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der nachfolgenden Beschreibung und den Un- teransprüchen zu entnehmen.The sliding bearing is held in engagement by the form-fitting enclosure of the rolling element with generator pole shoe and magnet holder in a pocket of the rolling element cage. Further advantageous embodiments can be found in the following description and the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the accompanying figures.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Wälzlagers mit einer Generator- vorrichtung gemäB einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in ei- ner teilweisen Schnittdarstellung, Fig. 2 zeigt schematisch eine Detaildarstellung des Wälzlagers und der Genera- torvorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 zeigt schematisch den Magnethalter der Generatorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 4 zeigt schematisch den Wälzkörper der Generatorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 5 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung der Generatorvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 6 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbei- spiels der erfindungsgemäBen Generatorvorrichtung.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 schematically shows a section of a roller bearing with a generator device according to a first exemplary embodiment of the invention in a partial sectional view, FIG. 2 schematically shows a detailed view of the roller bearing and the generator device according to FIG 3 schematically shows the magnet holder of the generator device according to the first exemplary embodiment, FIG. 4 schematically shows the rolling elements of the generator device according to the first exemplary embodiment, FIG. 5 schematically shows a sectional view of the generator device according to the first exemplary embodiment, FIG. 6 schematically shows a sectional view of a second Exemplary embodiment of the generator device according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen ver- sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the various figures, the same parts are always provided with the same reference numbers and are therefore usually only named or mentioned once.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein Abschnitt eines erfindungsgemäBGen Wälzlagers 100 gezeigt.In FIGS. 1 and 2, a section of a roller bearing 100 according to the invention is shown.

Das Wälzlager weist zwei Wälzlagerringe, zwischen den Wälzlagerringen angeordnete Wälzkôr-The rolling bearing has two rolling bearing rings, rolling elements arranged between the rolling bearing rings

per 2 und einen Wälzkörperkäfig 8 zur Beabstandung der Wälzkörper 2 untereinander auf. Von den zwei Wälzlagerringen ist nur der untere Wälzlagerring 14 dargestellt. Ein oberer Wälzlagerring (nicht dargestellt) schließt im zusammengebauten Zustand das Laufbahnsys- tem ab. Der Wälzkörperkäfig 8 weist Käfigtaschen 18 für die Aufnahme und regelmäßige Beabstandung von Wälzkôrpern 2 auf. In Fig. 1 ist nur eine Käfigtasche 18 mit einem Wälz- körper 2 belegt, an dem die erfindungsgemäße Generatorvorrichtung 1 angeordnet ist. Im zusammengebauten Zustand sind die übrigen Käfigtaschen 18 mit weiteren Wälzkörpern belegt.per 2 and a rolling element cage 8 for spacing the rolling elements 2 from one another. Of the two rolling bearing rings, only the lower rolling bearing ring 14 is shown. An upper roller bearing ring (not shown) closes the raceway system in the assembled state. The rolling element cage 8 has cage pockets 18 for receiving and regularly spacing rolling elements 2. In FIG. 1, only one cage pocket 18 is occupied by a rolling element 2 on which the generator device 1 according to the invention is arranged. In the assembled state, the remaining cage pockets 18 are covered with further rolling elements.

Der Wälzkörper 2 enthält eine zentrale, axiale Bohrung, in die Elektronikkomponenten auf- genommen werden können. Die weiteren Wälzkörper können massiv oder ebenfalls hohl ausgebildet sein.The rolling element 2 contains a central, axial bore into which electronic components can be received. The further rolling elements can be solid or also hollow.

Vorzugsweise sind die Wälzlagerringe und die Wälzkörper aus Stahl hergestellt, wobei die Wälzlageringe gehärtete Laufbahnen für die Wälzkôrper aufweisen. Denkbar ist aber auch der Einsatz der erfindungsgemäßen Generatorvorrichtung in Drahtlagern, bei denen die Wälzkörper vorzugsweise auf gehärteten Stahldrähten laufen, die in ein weicheres und leich- teres Material, wie beispielsweise Aluminium, eingebettet sind. Der Wälzkörperkäfig 8 ist vorzugsweise aus Stahl hergestellt, der mit einer Beschichtung versehen ist. Er kann aber auch aus, beispielsweise Kunststoff, Bronze, Messing oder Aluminium bestehen. Insbesondere kann es sich bei dem Wälzlager 100 um ein Großwälzlager mit einem Durch- messer von beispielsweise mehr als 800 mm handeln. Der Wälzkörper 2 hat vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 20 bis 200 mm, bevorzugt im Bereich von 40 bis 150 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 100 mm.The rolling bearing rings and the rolling elements are preferably made of steel, the rolling bearing rings having hardened raceways for the rolling elements. However, it is also conceivable to use the generator device according to the invention in wire bearings in which the rolling elements preferably run on hardened steel wires which are embedded in a softer and lighter material such as aluminum. The rolling element cage 8 is preferably made of steel which is provided with a coating. But it can also consist of, for example, plastic, bronze, brass or aluminum. In particular, the roller bearing 100 can be a large roller bearing with a diameter of, for example, more than 800 mm. The rolling element 2 preferably has a diameter in the range from 20 to 200 mm, preferably in the range from 40 to 150 mm, particularly preferably in the range from 60 to 100 mm.

An dem in Fig. 1 dargestellten Wälzkörper 2 ist eine Generatorvorrichtung 1 für die Energie- versorgung von innerhalb des Wälzkörpers 2 des Wälzlagers 100 angeordneten Elektronik- komponenten vorgesehen. Die Generatorvorrichtung 1 umfasst den achssymmetrisch aus- gebildeten Wälzkörper 2, der zwei Stirnseiten aufweist, wobei an einer der Stirnseiten 3 ein Generatorpolschuh 4 angeordnet ist. In dem Generatorpolschuh 4 ist mindestens eine Induk- tionsspule 5 beabstandet zur Wälzkörperachse A aufgenommen (vgl. Fig. 2). Die Generator- vorrichtung 1 umfasst ferner einen Magnethalter 6 mit mindestens einem Magneten 7 für eine Wechselwirkung mit der Induktionsspule 5 (vgl. Fig. 2), wobei der Magnethalter 6 dem Generatorpolschuh 4 gegenüberliegend an dem Wälzkörperkäfig 8 verdrehsicher positioniert ist. Dazu ist der Magnethalter 6 in einer Ausnehmung 15 des Wälzkörperkäfigs 8 verdrehsi- cher angeordnet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist der Magnethalter 6 an dem Generatorpolschuh 4 mittels eines Gene- ratorlagers 9 gelagert, das koaxial zu der Wälzkörpersymmetrieachse A angeordnet ist und den mindestens einen Magneten 7 axial beabstandet zu dem Generatorpolschuh 4 positio- niert. Das Generatorlager 9 kann, wie in Fig. 1 bis 5 gezeigt, als ein Gleitlager 10 ausgebildet sein. Der Magnethalter 6 ist vorzugsweise aus einem anderen nicht magnetischen Material, als der Wälzkörper 2 hergestellt.A generator device 1 is provided on the rolling element 2 shown in FIG. 1 for the energy supply of electronic components arranged within the rolling element 2 of the rolling bearing 100. The generator device 1 comprises the axially symmetrical rolling element 2, which has two end faces, a generator pole shoe 4 being arranged on one of the end faces 3. At least one induction coil 5 is accommodated in the generator pole shoe 4 at a distance from the rolling element axis A (cf. FIG. 2). The generator device 1 further comprises a magnet holder 6 with at least one magnet 7 for interaction with the induction coil 5 (cf. FIG. 2), the magnet holder 6 being positioned on the rolling element cage 8 opposite the generator pole shoe 4 so that it cannot rotate. For this purpose, the magnet holder 6 is arranged in a recess 15 in the rolling element cage 8 so that it cannot rotate. As shown in FIG. 2, the magnet holder 6 is mounted on the generator pole piece 4 by means of a generator bearing 9 which is arranged coaxially to the rolling element symmetry axis A and which positions the at least one magnet 7 axially spaced from the generator pole piece 4. The generator bearing 9 can, as shown in FIGS. 1 to 5, be designed as a sliding bearing 10. The magnet holder 6 is preferably made of a different non-magnetic material than the rolling element 2.

Darüber hinaus weist der Wälzkörper 2 in dem Wälzkörperkäfig 8 ein axiales Spiel auf, das geringer ist als eine axiale Eingriffstiefe des Gleitlagers 10. Im zusammengebauten Zustand des Wälzlagers 100 wird das Gleitlager 10 somit durch den Wälzkörperkäfig 8 in Eingriff ge- halten.In addition, the rolling element 2 in the rolling element cage 8 has an axial play that is less than an axial depth of engagement of the sliding bearing 10. In the assembled state of the rolling bearing 100, the sliding bearing 10 is thus held in engagement by the rolling element cage 8.

Die Bestandteile des Gleitlagers 10 sind in Fig. 3 und Fig. 4 einzeln dargestellt. In Fig. 3 ist der Magnethalter 6 gezeigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Magnethalter 6 eine Grundplatte auf, in der Magneten 7 in Ausnehmungen aufgenommen sind. Die Aus- nehmungen können bevorzugt als abgestufte Durchbrüche ausgebildet sein, die an der dem Wälzkörper zugewandten Seite einen reduzierten Durchmesser aufweisen. Die Magneten 7 können dann von der dem Wälzkörper 2 abgewandten Seite in den Magnethalter 6 einge- setzt werden und sind durch Formschluss im Magnethalter 6 gesichert. Ein Austreten der Magnete 7 in Richtung des Wälzkörpers 2 aufgrund ihrer Magnetwirkung wird so vorteilhaft verhindert.The components of the plain bearing 10 are shown individually in FIGS. 3 and 4. In Fig. 3, the magnet holder 6 is shown. In the illustrated embodiment, the magnet holder 6 has a base plate in which magnets 7 are received in recesses. The recesses can preferably be designed as stepped openings which have a reduced diameter on the side facing the rolling element. The magnets 7 can then be inserted into the magnet holder 6 from the side facing away from the rolling element 2 and are secured in the magnet holder 6 by a form fit. An exit of the magnets 7 in the direction of the roller body 2 due to their magnetic effect is advantageously prevented.

Die Magnete 7 sind vorzugsweise entlang eines Kreisumfangs auf dem Magnethalter 6 an- geordnet. Für eine hohe Energieeffizienz der Generatorvorrichtung 1 wird der Magnethalter 8 möglichst groß dimensioniert und die Magnete 7 darauf entlang eines möglichst großen Kreisumfangs angeordnet. Die Abmessungen des Magnethalters 6 sind dabei durch die Hô- he des Wälzkörperkäfigs 8 begrenzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Magnethalter 6 ferner von der Grundplat- te vorstehende Vorsprünge 12 auf, die segmentartig entlang eines Kreisumfangs angeordnet sind. Denkbar ist aber auch, dass nur ein Vorsprung vorgesehen ist, der sich entlang eines Kreissegments oder des gesamten Kreisumfangs erstreckt. Ein Vorteil segmentartiger Vor-The magnets 7 are preferably arranged on the magnet holder 6 along a circular circumference. For a high energy efficiency of the generator device 1, the magnet holder 8 is dimensioned as large as possible and the magnets 7 are arranged thereon along the largest possible circumference. The dimensions of the magnet holder 6 are limited by the height of the rolling element cage 8. In the exemplary embodiment shown, the magnet holder 6 also has projections 12 which protrude from the base plate and are arranged in segments along a circumference. However, it is also conceivable that only one projection is provided, which extends along a segment of a circle or the entire circumference of the circle. An advantage of segment-like

sprünge 12 des Magnethalters 6 ist es, dass diese in Eckbereichen des Magnethalters 6 vorgesehen sein können, ohne dass der maximal mögliche Kreisumfang für die Anordnung der Magnete 7 verringert wird.The jumps 12 of the magnet holder 6 are that they can be provided in corner areas of the magnet holder 6 without reducing the maximum possible circumference for the arrangement of the magnets 7.

Fig. 4 zeigt den zugehörigen Wälzkörper 2 mit Generatorpolschuh 4. Der Generatorpolschuh 4 weist Spulenaufnahmen 19 mit zentralen Erhebungen auf, die den Spulenkern für die darin aufnehmbaren Induktionsspulen 5 bilden. Der Generatorpolschuh 4 ist vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material mit hoher magnetischer Permeabilität hergestellt, muss also magnetisch leitend sein.4 shows the associated rolling element 2 with generator pole shoe 4. The generator pole shoe 4 has coil receptacles 19 with central elevations which form the coil core for the induction coils 5 which can be accommodated therein. The generator pole shoe 4 is preferably made of a soft magnetic material with high magnetic permeability, so it must be magnetically conductive.

In den Generatorpolschuh 4 und in die Stirnseite 3 des Wälzkörpers 2 ist koaxial zur Wälz- körperachse A eine umlaufende Nut 11 eingebracht. Die umlaufende Nut 11 erstreckt sich am Umfangsrand des Generatorpolschuhs 4 und ist teilweise in den Generatorpolschuh 4 und andererseits teilweise in die Stirnseite 3 des Wälzkörpers 2 eingebracht (vgl. auch Fig.A circumferential groove 11 is made in the generator pole shoe 4 and in the end face 3 of the roller body 2, coaxially to the roller body axis A. The circumferential groove 11 extends on the circumferential edge of the generator pole piece 4 and is partially introduced into the generator pole piece 4 and, on the other hand, partially into the end face 3 of the rolling element 2 (see also Fig.

5). Denkbar sind aber auch Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die Nut vollständig im Generatorpolschuh 4 oder vollständig in der Stirnseite 3 verläuft. Vorzugsweise ist die Nut 11 radial außerhalb der Induktionsspulen 5 und der Magnete 7 angeordnet, wodurch die Stabilität der Lagerung erhöht ist.5). However, embodiments of the invention are also conceivable in which the groove runs completely in the generator pole shoe 4 or completely in the end face 3. The groove 11 is preferably arranged radially outside the induction coils 5 and the magnets 7, which increases the stability of the mounting.

Die Nut 11 ist dafür vorgesehen, dass der mindestens eine an dem Magnethalter 6 ausgebil- deter Vorsprung 12 zur Gleitlagerung darin eingreift. Denkbar sind auch Ausführungsformen, bei denen die Nut 11 eine Hinterschneidung aufweist, die mit an den Vorsprüngen 12 ausge- bildeten Rastnasen zusammenwirkt. In diesem Fall kann das Gleitlager axiale Belastungen in beiden Richtungen aufnehmen.The groove 11 is provided so that the at least one projection 12 formed on the magnet holder 6 engages therein for sliding bearing. Embodiments are also conceivable in which the groove 11 has an undercut which interacts with locking lugs formed on the projections 12. In this case, the plain bearing can absorb axial loads in both directions.

Bevorzugt liegt die axiale Beabstandung des mindestens einen Magneten 7 zu dem Genera- torpolschuh 4 im Bereich von 0,02 bis 0,2 mm. In dem in Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel beträgt die Beabstandung ca. 0,1 mm. Die axiale Beabstandung ist einstellbar über die Wahl der axialen Erstreckung der Vorsprünge 12 im Verhältnis zur Tiefe der Nut 11.The axial distance between the at least one magnet 7 and the generator pole shoe 4 is preferably in the range from 0.02 to 0.2 mm. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the spacing is approximately 0.1 mm. The axial spacing can be adjusted by choosing the axial extent of the projections 12 in relation to the depth of the groove 11.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Generatorvorrichtung nach Fig. 1 bis 4 im zusammengebauten Zustand. Dabei ist der Generatorpolschuh 4 in einer gestuften Ausnehmung in der Stirnseite 3 des Wälzkörpers 2 angeordnet. Der Generatorpolschuh 4 schließt vorzugsweise im Wesentlichen bündig mit der Stirnseite des Wälzkörpers ab. Die5 shows a section through the generator device according to the invention according to FIGS. 1 to 4 in the assembled state. The generator pole shoe 4 is arranged in a stepped recess in the end face 3 of the rolling element 2. The generator pole shoe 4 preferably terminates essentially flush with the end face of the roller body. The

Stufe der Ausnehmung des Wälzkörpers 2 bildet zusammen mit einer umlaufenden Schulter des Generatorpolschuhs 4 den Boden der Nut 11 des Gleitlagers 10. In dem Käfig 8 ist eine Ausnehmung 15 zur Aufnahme des Magnethalters 6 vorgesehen. Der Magnethalter 6 ist in der Ausnehmung 15 des Wälzkörperkäfigs 8 schwimmend und verdreh- sicher gelagert. Das Spiel 17 des Magnethalters 6 in der Ausnehmung 15 beträgt vorzugs- weise ca. 1-2 mm. Die Vorsprünge 12 des Magnethalters 6 greifen in die Nut 11 für eine Gleitlagerung ein. Das Gileitlager 10 weist ein radiales Lagerspiel 16 auf, das geringer ist als ein Spiel 17 des Mag- nethalters 6 in der Ausnehmung 15 des Wälzkörperkäfigs 8. Durch das als Gleitlager 9 aus- gebildete Generatorlager 10 wird der Magnethalter 6 mit der Genauigkeit des Lagerspiels 6 gegenüber dem Generatorpolschuh 4 positioniert.The step of the recess of the rolling element 2, together with a circumferential shoulder of the generator pole shoe 4, forms the bottom of the groove 11 of the sliding bearing 10. A recess 15 for receiving the magnet holder 6 is provided in the cage 8. The magnet holder 6 is floatingly and non-rotatably mounted in the recess 15 of the roller body cage 8. The play 17 of the magnet holder 6 in the recess 15 is preferably approximately 1-2 mm. The projections 12 of the magnet holder 6 engage in the groove 11 for a sliding bearing. The guide bearing 10 has a radial bearing play 16 which is less than a play 17 of the magnet holder 6 in the recess 15 of the rolling element cage 8. The generator bearing 10, which is designed as a plain bearing 9, makes the magnet holder 6 with the accuracy of the bearing play 6 positioned opposite the generator pole shoe 4.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäBen Generatorvorrichtung 1, bei dem das Generatorlager 9 als ein Wälzlager 13, nämlich als Kugellager, ausgebildet ist. Das dargestellte Kugellager ist geeignet, sowohl radiale als auch axiale Lasten aufzu- nehmen. Bei der Verwendung eines Wälzlagers 13 zur Lagerung muss ein vollständiger La- gerring am Magnethalter 6 angebracht werden. Für eine maximale Energieeffizienz der Ge- — neratorvorrichtung ist es daher vorteilhaft, das Wälzlager radial innenliegend zu den Magne- ten 7 vorzusehen, damit diese entlang eines gröBtmöglichen Kreisumfangs auf dem Magnet- halter 6 angeordnet werden können.6 shows a second exemplary embodiment of a generator device 1 according to the invention, in which the generator bearing 9 is designed as a roller bearing 13, namely as a ball bearing. The ball bearing shown is suitable for absorbing both radial and axial loads. When using a roller bearing 13 for storage, a complete bearing ring must be attached to the magnet holder 6. For maximum energy efficiency of the generator device, it is therefore advantageous to provide the roller bearing radially on the inside of the magnets 7 so that they can be arranged on the magnet holder 6 along the largest possible circumference.

Im Übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel für das zweite Ausführungsbeispiel entsprechend.Otherwise, the above explanations regarding the first exemplary embodiment apply accordingly to the second exemplary embodiment.

Bezugszeichenliste 1 Generatorvorrichtung 2 Wälzkörper 3 StirnseiteLIST OF REFERENCE NUMERALS 1 generator device 2 rolling elements 3 end face

4 Generatorpolschuh 5 Induktionsspule 6 Magnethalter 7 Magnet4 generator pole shoe 5 induction coil 6 magnet holder 7 magnet

8 Wälzkörperkäfig 9 Generatorlager 10 Gleitlager 11 Nut 12 Vorsprung8 rolling element cage 9 generator bearing 10 plain bearing 11 groove 12 projection

13 Wälzlager 14 Wälzlagerring 15 Ausnehmung 16 Lagerspiel 17 Spiel13 Rolling bearing 14 Rolling bearing ring 15 Recess 16 Bearing play 17 Play

18 Käfigtasche 19 Spulenaufnahme 100 Wälzlager A Wälzkörperachse18 cage pocket 19 bobbin holder 100 roller bearing A roller body axis

Claims

PATENT CLAIMS

1. Generator device for the energy supply of electronic components arranged inside a rolling element of a rolling bearing, comprising an axially symmetrical rolling element (2) with at least one end face (3), at least one generator pole shoe (4) arranged at the end of the rolling element (2) , in which at least one induction coil (5) at a distance from the rolling element axis (A) is accommodated and a magnet holder (6) with at least one magnet (7) for interaction with the induction coil (5), the magnet holder (6) being the genera - Tor pole shoe (4) can be positioned on a rolling element cage (8) so that it cannot rotate, characterized in that the magnet holder (6) is mounted on the generator pole shoe (4) by means of a generator bearing (9) which is coaxial to the rolling element is arranged per axis (A) and the at least one magnet (7) is positioned axially spaced from the generator pole shoe (4).

2. Generator device according to claim 1, characterized in that the generator bearing (9) is designed as a plain bearing (10).

3. Generator device according to claim 2, characterized in that a circumferential groove (11) is made in the generator pole shoe (4) and / or in the end face (3) of the rolling element (2) coaxially to the rolling element axis (A), in which at least one projection (12) formed on the magnet holder (6) engages for sliding bearings.

4. Generator device according to claim 1, characterized in that the generator bearing (9) is designed as a roller bearing (13).

5. Generator device according to claim 4, characterized in that the roller bearing (13) is a ball bearing.

6 m generator device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the axial spacing of the at least one magnet (7) to the generator pole piece (4) is in the range of 0.02 to 0.2 mm.

7. Rolling bearings comprising at least two rolling bearing rings (14), between the rolling bearing rings (14) arranged rolling elements (2) and a rolling element cage (8) for Beab-

position of the rolling bodies (2) with one another, characterized in that the rolling bearing (100) further comprises a generator device (1) according to one of claims 1 to 6.

8. Rolling bearing according to claim 7, characterized in that the cage consists of segments.

9. Rolling bearing according to claim 7 or 8, characterized in that the magnet holder (6) is mounted in a floating and torsion-proof manner in a recess (15) of the rolling body cage (8).

10. Rolling bearing according to claim 9, characterized in that the generator bearing has a radial bearing play (16) which is less than a play (17) of the magnet holder (6) in the recess (15) of the rolling body cage (8).

11. Rolling bearing according to one of claims 7 to 10 with a generator device according to claim 2 or 3, characterized in that the rolling body (2) in the rolling body cage (8) has an axial play that is less than an axial depth of engagement of the plain bearing (10).