DE102006041630A1

DE102006041630A1 - Storage arrangement with integrated vibration drive

Info

Publication number: DE102006041630A1
Application number: DE200610041630
Authority: DE
Inventors: Rupert Stitzinger
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2008-07-17
Also published as: WO2008028467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung zur Lagerung rotierender Maschinenelemente, die einen Schwingungsantrieb umfasst. Eine erfindungsgemäße Lagerungsanordnung umfasst einen ersten und einen zweiten Lagerring, welche rotierbar zueinander angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Lagerungsanordnung ein für den Antrieb erforderliches Schwingelement und ein dazugehöriges Reibelement. Das Schwingelement und das Reibelement sind innerhalb eines ringförmigen Hohlraumes angeordnet, welcher zwischen dem durch die Lagerringe gebildeten inneren und äußeren Umfang der Lagerungsanordnung ausgebildet ist. Das Schwingelement zur Erzeugung von Schwingungen ist drehfest mit dem ersten Lagerring verbunden und steht in Wirkkontakt mit dem Reibelement, welches drehfest mit dem zweiten Lagerring verbunden ist. Wird das Schwingelement zum Schwingen gebracht, wobei die Oberfläche des Schwingelementes beispielsweise elliptische Bewegungen ausführt, leistet es eine Vorschubkraft auf das Reibelement, welches aufgrund seiner über den zweiten Lagerring rotierbaren Lagerung ein Drehmoment erfährt und ein im zweiten Lagerring aufgenommenes Maschinenelement zur Rotation antreibt. Es ist somit ein vollständiger Schwingungsantrieb innerhalb der Lagerungsanordnung ausgebildet.The invention relates to a storage arrangement for supporting rotating machine elements comprising a vibration drive. A storage arrangement according to the invention comprises a first and a second bearing ring, which are arranged rotatable to each other. Furthermore, the storage arrangement comprises a required for the drive vibrating element and an associated friction element. The oscillating member and the friction member are disposed within an annular cavity formed between the inner and outer peripheries of the bearing assembly formed by the bearing rings. The vibrating element for generating vibrations is rotatably connected to the first bearing ring and is in operative contact with the friction element, which is non-rotatably connected to the second bearing ring. If the oscillating element is caused to oscillate, wherein the surface of the oscillating element executes, for example, elliptical movements, it exerts a feed force on the friction element, which experiences a torque due to its bearing rotatable via the second bearing ring and drives a machine element accommodated in the second bearing ring for rotation. It is thus formed a complete vibration drive within the storage arrangement.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung zur Lagerung rotierender Maschinenelemente, die einen Schwingungsantrieb umfasst.The The invention relates to a storage arrangement for supporting rotating Machine elements comprising a vibration drive.

Schwingungsantriebe, welche auch als Wanderwellenantriebe bezeichnet werden und oft als Ultraschallantriebe ausgeführt sind, finden zunehmend Verwendung als Stellantriebe beispielsweise in der Feinmechanik und in der Kfz-Technik. Sie zeichnen sich durch eine hohe Kraftdichte, durch einen einfachen mechanischen Aufbau und durch eine Positioniergenauigkeit im Nanometer-Bereich aus.Vibration drives, which are also referred to as traveling wave drives and often as Ultrasonic drives are running, are increasingly being used as actuators for example in precision mechanics and in the Automotive technology. They are characterized by a high power density, through a simple mechanical structure and a positioning accuracy in the nanometer range.

Aus der DE 30 10 252 C2 ist eine Antriebsvorrichtung mit einem Oszillator bekannt, bei welcher die Übertragung des Momentes über einer Vielzahl federnd gelagerter Bauteile erfolgt. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Vorrichtung umfasst einen Rotor, welcher in Kugellagern drehbeweglich angeordnet ist. Eine Stirnfläche des Rotors ist mit Vibrationsstücken einstückig zusammengeformt und geht eine Wirkverbindung mit einer Vibrationsschei be eines axial angeordneten Ultraschalloszillators ein. Die Kugellager werden insbesondere in axialer Richtung belastet, da die Vibrationsscheibe Kräfte in axialer Richtung auf den Rotor ausübt. Daher weisen die Laufflächen der Kugellager eine besondere Formung zur Aufnahme der axial wirkenden Kräfte auf. Die Kugellager sind unweit der mit Vibrationsstücken versehenen Stirnfläche des Rotors angeordnet. Hierdurch ist gewährleistet, dass die an der Stirnfläche auftretenden seitlichen Kräfte kein hohes Kippdrehmoment auf die Kugellager ausüben können. Nachteilig an dieser Lösung ist der große Raumbedarf für den Ultraschalloszillator. Zudem kann diese Lösung nur an einem axialen Ende eines rotierenden Maschinenelementes realisiert werden, wodurch die Anwendbarkeit deutlich eingeschränkt ist.From the DE 30 10 252 C2 a drive device with an oscillator is known in which the transmission of the torque takes place over a plurality of spring-mounted components. A preferred embodiment of this device comprises a rotor which is rotatably mounted in ball bearings. An end face of the rotor is integrally formed with vibrating pieces and is operatively connected to a vibration Schei be an axially disposed ultrasonic oscillator. The ball bearings are loaded in particular in the axial direction, since the vibrating disk exerts forces in the axial direction on the rotor. Therefore, the running surfaces of the ball bearings on a special shape for receiving the axially acting forces. The ball bearings are located near the vibrating end face of the rotor. This ensures that the lateral forces occurring at the end face can not exert a high tilting torque on the ball bearings. A disadvantage of this solution is the large space required for the ultrasonic oscillator. In addition, this solution can be realized only at one axial end of a rotating machine element, whereby the applicability is significantly limited.

Aus der DE 690 26 650 T2 ist ein Ultraschallmotor zum Drehen eines Rotors bekannt, bei welchem eine in einem Schwingelement erzeugte schwingende Welle genutzt wird. Der Motor umfasst einen Rotor, der mit einem Kugellager drehbar auf einem Träger angeordnet ist. An dem Träger ist weiterhin das Schwingelement befestigt, welches auf den Rotor seitlich einwirkt. Eine vom Träger gehaltene druckregulierende Feder wirkt auf den Innenring des Kugellagers ein und erzeugt auf diese Weise einen Kontaktdruck zwischen dem Rotor und dem Schwingelement. Auch diese Lösung weist den Nachteil auf, nur an einem axialen Ende eines rotierenden Maschinenelementes realisiert werden zu können, da der Träger in der Drehachse des Motors angeordnet ist. Nachteilig ist ebenfalls der Raumbedarf für das Schwingelement im Umfangsbereich des Kugellagers.From the DE 690 26 650 T2 For example, an ultrasonic motor for rotating a rotor is known in which a vibrating shaft formed in a vibrating element is used. The motor comprises a rotor which is rotatably mounted on a carrier with a ball bearing. On the support, the vibrating element is further attached, which acts laterally on the rotor. A pressure-regulating spring held by the carrier acts on the inner ring of the ball bearing and thus generates a contact pressure between the rotor and the vibrating element. This solution also has the disadvantage of being able to be realized only at one axial end of a rotating machine element, since the carrier is arranged in the axis of rotation of the motor. Another disadvantage is the space required for the vibrating element in the peripheral region of the ball bearing.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die zur Lagerung und zum Antrieb eines rotierenden Maschinenelementes notwendigen Lagerungen und Antriebe hinsichtlich ihres Raumbedarfes zu minimieren und einen Antrieb für rotierende Maschinenelemente zur Verfügung zu stellen, welcher nicht an einem axialen Ende des rotierenden Maschinenelementes angeordnet werden muss.A The object of the present invention is therefore to the Storage and to drive a rotating machine element necessary Storage and drives to minimize their space requirements and a drive for rotating machine elements for To provide, which is not at an axial end of the rotating machine element must be arranged.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lagerungsanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.These The object is achieved by a storage arrangement according to the appended claim 1.

Eine erfindungsgemäße Lagerungsanordnung umfasst eine ersten und einem zweiten Lagerring, welche rotierbar zueinander angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Lagerungsanordnung ein für den Antrieb erforderliches Schwingelement und ein dazu gehöriges Reibelement. Das Schwingelement und das Reibelement sind innerhalb eines ringförmigen Hohlraumes angeordnet, welcher zwischen dem durch die Lagerringe gebildeten inneren und äußeren Umfang der Lagerungsanordnung ausgebildet ist. Das Schwingelement zur Erzeugung von Schwingungen ist drehfest mit dem ersten Lagerring verbunden und steht in Wirkkontakt mit dem Reibelement, welches drehfest mit dem zweiten Lagerring verbunden ist. Wird das Schwingelement zum Schwingen gebracht, wobei die Oberfläche des Schwingelementes beispielsweise elliptische Bewegungen ausführt, leistet es eine Vorschubkraft auf das Reibelement, welches aufgrund seiner über den zweiten Lagerring rotierbaren Lagerung ein Drehmoment erfährt und ein im zweiten Lagerring aufgenommenes Maschinenelement zur Rotation antreibt. Es ist somit ein vollständiger Schwingungsantrieb innerhalb der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung ausgebildet.A Inventive storage arrangement comprises a first and a second bearing ring, which rotatable to each other are arranged. Furthermore, the storage arrangement comprises a for the Drive required vibrating element and an associated Friction. The vibrating element and the friction element are inside an annular cavity arranged between which the inner and outer circumference formed by the bearing rings the storage arrangement is formed. The vibrating element for generating of vibrations is rotatably connected to the first bearing ring and is in operative contact with the friction element, which rotatably with the second bearing ring is connected. If the vibrating element to swing brought, wherein the surface of the vibrating element, for example performs elliptical movements, it provides a feed force on the friction element, which due to its on the second Bearing ring rotatable bearing experiences a torque and a recorded in the second bearing ring machine element for rotation drives. It is thus a complete vibration drive within the storage arrangement according to the invention educated.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung besteht darin, dass sie gleichzeitig ein Mittel zur Lagerung und ein Mittel zum Antrieb eines rotierbaren Maschinenelementes bildet. Aufgrund dieser Doppelfunktion wird der Raumbedarf für diese Mittel deutlich gesenkt. Der Antrieb bildet eine kompakte Baugruppe und kann ein bereits existierendes Lager einer Maschine ersetzen. Der Schwingungsantrieb ermöglicht eine hohe Drehzahl bei einem moderaten Drehmoment. Weiterhin ermöglicht der Schwingungsantrieb einen spielfreien Stellantrieb, der sehr schnelle und sehr genaue Verstellungen erlaubt.One particular advantage of the storage arrangement according to the invention is that they are at the same time a means of storage and forms a means for driving a rotatable machine element. Due to this dual function, the space requirement for significantly lowered these funds. The drive forms a compact Assembly and can be an existing bearing of a machine replace. The vibration drive allows a high speed at a moderate torque. Furthermore, the vibration drive allows a backlash-free actuator that is very fast and very accurate Adjustments allowed.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung besteht darin, dass sie gleichzeitig als kontrollierbare Bremse fungieren kann, indem das Schwingelement zu einer entsprechenden Verformung oder entsprechenden Schwingungen angeregt wird. Die Bremskraft und die Antriebskraft können aber auch vollständig zurückgenommen werden, sodass die Lagerungsanordnung frei rotieren kann.Another advantage of the storage arrangement according to the invention is that it can act simultaneously as a controllable brake by the vibrating element to a corresponding deformation or corresponding vibrations is excited. But the braking force and the driving force can also be completely withdrawn, so that the bearing assembly can rotate freely.

Bevorzugt ist zwischen dem Schwingelement und dem ersten Lagerring ein Federelement angeordnet, welches das Schwingelement an das Reibelement presst. Hierdurch ist eine sichere und belastbare Wirkverbindung zwischen dem Schwingelement und dem Reibelement gewährleistet. Weiterhin erzeugt das Federelement ein Haltemoment, sodass eine Rotation der Lagerungsanordnung im antriebslosen Zustand verhindert wird. Das Federelement kann beispielsweise durch eine Ringwellfeder, durch eine Tellerfeder oder auch durch mehrere kleine Schraubendruckfedern gebildet sein. Das Federelement kann auch einstückig mit dem ersten Lagerring und/oder dem Schwingelement ausgeführt sein.Prefers is a spring element between the oscillating element and the first bearing ring arranged, which presses the vibrating element to the friction element. This is a safe and reliable operative connection between ensured the vibrating element and the friction element. Furthermore generated the spring element a holding torque, so that a rotation of the bearing assembly is prevented in the drive-less state. The spring element can for example, by a corrugated spring, by a plate spring or be formed by a plurality of small helical compression springs. The spring element can also be integral with the first bearing ring and / or be executed the vibrating element.

Das Schwingelement ist vorzugsweise durch ein piezoelektrisches Element zur Erzeugung von Ultraschall gebildet. Derartige piezoelektrische Elemente sind für die Verwendung in Ultraschallantrieben etabliert und hinsichtlich ihres Werkstoffes optimiert. Hierfür sind auch geeignete elektronische Ansteuereinheiten verfügbar, mit denen das Schwingungsverhalten zur Erzielung unterschiedlicher Geschwindigkeiten des Antriebes gesteuert werden kann.The Oscillating element is preferably by a piezoelectric element formed to generate ultrasound. Such piezoelectric Elements are for use in ultrasonic drives established and optimized in terms of their material. Therefor are also suitable electronic control units available, with which the vibration behavior to achieve different Speeds of the drive can be controlled.

Das Reibelement ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet, sodass es sich über den gesamten äußeren bzw. inneren Umfang des zweiten Lagerringes erstreckt. Hierdurch ist ein sehr gleichmäßiger Rotationsantrieb gewährleistet.The Friction element is preferably annular, so that it over the entire outer or inner circumference of the second bearing ring extends. This is ensures a very uniform rotation drive.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lagerungsanordnung ist der erste Lagerring durch einen Lageraußenring gebildet, während der zweite Lagerring durch einen Lagerinnenring gebildet ist. Das zu lagernde und anzutreibende Maschinenelement wird vom Lagerinnenring aufgenommen und rotiert beispielsweise in einem Maschinengestell, in welchem der Lageraußenring befestigt ist.at a preferred embodiment of the storage arrangement the first bearing ring is formed by a bearing outer ring, while the second bearing ring through a bearing inner ring is formed. The machine element to be stored and driven is absorbed by the bearing inner ring and rotates, for example, in a machine frame in which the bearing outer ring attached is.

Bevorzugt ist die Lagerungsanordnung als Wälzlager mit rotierenden Wälzkörpern ausgeführt. Insbesondere sind Wälzlager geeignet, welche die axial wirkenden Kräfte spielfrei aufnehmen können. Dies ist beispielsweise bei Vierpunktkugellagern und Kegelrollenlagern mit verspannten Kegelrollen gegeben.Prefers is the bearing assembly as a rolling bearing with rotating Rolling executed. Especially Rolling are suitable, which are the axially acting forces can record without play. This is for example Four-point ball bearings and tapered roller bearings with tensioned tapered rollers given.

Eine erfindungsgemäße Lagerungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die den Schwingungsantrieb bildenden Elemente in dem ringförmigen Hohlraum angeordnet sind. Dieser Hohlraum kann auf unterschiedliche Weise geschaffen werden. Bevorzugt ist der ringförmige Hohlraum innerhalb einer Distanzhülse ausgebildet, welche an einer Stirnseite eines Lageraußenringes befestigt ist. Die Distanzhülse weist bevorzugt den gleichen Außendurchmesser wie der Lageraußenring auf und bildet so eine axiale Verlängerung eines herkömmlichen Lagers aus. Da die Distanzhülse eine dünnere Wandung als ein typischer Lageraußenring aufweist, ist ein ausreichend großer Hohlraum ausgebildet. Die Distanzhülse bietet gleichzeitig einen Schutz des Hohlraumes, insbesondere beim Einbau der Lagerungsanordnung, aber auch gegen radial auf die Lagerungsanordnung einwirkende Kräfte und Fremdkörper. Der Lagerinnenring erstreckt sich bei dieser Ausführungsform auch über die axiale Länge der Distanzhülse, sodass dort das Reibelement als ein Rotor befestigt werden kann. Die Stirnseite des Lageraußenringes, an welcher die Distanzhülse befestigt ist, bietet genügend Fläche zur drehfesten Anordnung des Schwingelementes und des Federelementes. Bei anderen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung kann der ringförmige Hohlraum auch durch umlaufende Ausnehmungen am Lagerinnenring oder am Lageraußenring gebildet sein. Der Hohlraum kann aber auch durch den neben den Wälzkörpern vorhandenen Hohlraum gebildet sein. Der Hohlraum muss nicht zwangsläufig durch eine Distanzhülse oder ähnliche Elemente räumlich begrenzt sein. Die den Schwingungsantrieb bildenden Elemente können auch seitlich an einer Stirnseite eines bestehenden Lagers befestigt werden, ohne dass diese Elemente nach allen Seiten des Hohlraumes durch Begrenzungen eingeschlossen sind. Erfindungsgemäß erstreckt sich der ringförmige Hohlraum nicht über den Bereich zwischen dem inneren und äußeren Umfang der Lagerungsanordnung hinaus, sodass die Lagerungsanordnung wie ein typisches Lager in Maschinen, Fahrzeugen usw. verwendet werden kann.A Inventive storage arrangement is characterized characterized in that the vibration driving the forming elements are arranged in the annular cavity. This cavity can be created in different ways. Is preferred the annular cavity within a spacer sleeve formed, which on an end face of a bearing outer ring is attached. The spacer sleeve preferably has the same Outer diameter as the bearing outer ring on and thus forms an axial extension of a conventional Camp out. Because the spacer sleeve has a thinner wall as a typical bearing outer ring, one is sufficient large cavity formed. The spacer sleeve at the same time provides protection of the cavity, in particular during Installation of the storage arrangement, but also against radial on the storage arrangement acting forces and foreign bodies. The bearing inner ring also extends over in this embodiment the axial length of the spacer sleeve, so there the friction element can be fixed as a rotor. The front side the bearing outer ring, on which the spacer sleeve is fixed, provides enough surface for non-rotatable Arrangement of the vibrating element and the spring element. For others Embodiments of an inventive Storage arrangement, the annular cavity also through circumferential recesses on the bearing inner ring or on the bearing outer ring be formed. But the cavity can also by the next to the rolling elements be formed existing cavity. The cavity does not necessarily have to through a spacer or similar elements be spatially limited. The forming the vibration drive Elements can also be laterally attached to a front side of a existing warehouse without these elements after enclosed by boundaries on all sides of the cavity. According to the invention, the annular extends Cavity does not exceed the area between the inner and outer Scope of the storage arrangement, so that the storage arrangement like a typical bearing used in machines, vehicles etc. can be.

Vorzugsweise stehen ein ringförmiges Schwingelement und ein ringförmiges Reibelement in einer kreisringförmigen Fläche in Wirkkontakt. Diese kreisringförmige Kontaktfläche des Schwingelementes und des Reibelementes ist bevorzugt gegenüber der Achse der Lagerungsanordnung geneigt, beispielsweise in einem Winkel von 45°. Hierdurch kann das im Hohlraum zur Verfügung stehende Volumen effektiv genutzt werden, um eine möglichst große Kontaktfläche auszubilden. Eine große Kontaktfläche gewährleistet die Übertragung großer Drehmomente. Die Kontaktfläche kann aber auch parallel oder senkrecht zur Achse der Lagerungsanordnung ausgerichtet sein. Die Kontaktfläche des Reibelementes weist einen großen Reibungskoeffizienten auf. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Beschichtung oder durch eine Oberflächenbearbeitung des Reibelementes erzielt werden. Auf der Kontaktfläche können aber auch viele kleine Stützelemente angeordnet werden, welche das Reibelement infolge der Schwingungen des Schwingelementes antreiben. Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösungen zur Gestaltung des Überganges vom Schwingelement auf ein anzutreibendes Element eines Schwingungsantriebes bekannt. Das Schwingelement kann auch so ausgeführt sein, dass es sich über mehrere voneinander beabstandete Abschnitte oder sogar nur über einen kleinen Abschnitt des Reibelementes erstreckt und mit diesem in Wirkkontakt steht.Preferably, an annular oscillating element and an annular friction element are in operative contact in an annular area. This annular contact surface of the vibrating element and the friction element is preferably inclined relative to the axis of the bearing arrangement, for example at an angle of 45 °. As a result, the available volume in the cavity can be effectively used to form the largest possible contact surface. A large contact surface ensures the transmission of high torques. However, the contact surface can also be aligned parallel or perpendicular to the axis of the bearing arrangement. The contact surface of the friction element has a large coefficient of friction. This can be achieved for example by a suitable coating or by a surface treatment of the friction element. On the contact surface but also many small support elements can be arranged, which the friction element due to the vibrations of the vibrating element drive. The skilled person is known from the prior art various solutions for the design of the transition from the vibrating element to a driven element of a vibratory drive. The oscillating element may also be designed so that it extends over a plurality of spaced-apart sections or even only over a small portion of the friction element and is in operative contact therewith.

Alternativ kann das Schwingelement ringförmig ausgeführt sein, während sich das Reibelement nur über Abschnitte dieses Ringes erstreckt. Insofern der Stellantrieb keine vollständige Rotation ermöglichen soll, müssen das Schwingelement und das Reibelement keine vollständige Ringform aufweisen.alternative the oscillating element can be made annular be while the friction element only over sections this ring extends. Insofar as the actuator is not complete To allow rotation, the vibrating element must and the friction member does not have a complete ring shape.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further Advantages, details and developments of the invention result from the following description of a preferred embodiment, with reference to the drawing.

Die einzige 1 zeigt eine Schnittansicht eines Details einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung. Die Lagerungsanordnung umfasst einen Lageraußenring 01 und einen Lagerinnenring 02, welche zueinander rotierbar sind. Zwischen dem Lageraußenring 01 und dem Lagerinnenring 02 sind Kugeln 03 als Wälzkörper angeordnet. Die Lagerungsanordnung bildet ein so genanntes Vierpunktkugellager aus, bei welchem die Kugeln zwischen jeweils zwei umlaufenden Flanken in den Laufflächen der Lagerringe geführt werden. Ein solches Vierpunktkugellager weist nur ein geringes axiales Spiel auf. Der Lagerinnenring 02 dient der Aufnahme eines rotierbaren und anzutreibenden Maschinenelementes, beispielsweise einer Welle. Die Lagerungsanordnung ist für eine Montage in einer Maschine oder einem Fahrzeug vorgesehen. Hierzu wird der Lageraußenring 01 an der Maschine oder am Fahrzeug befestigt.The only 1 shows a sectional view of a detail of a preferred embodiment of a storage arrangement according to the invention. The storage arrangement comprises a bearing outer ring 01 and a bearing inner ring 02 , which are rotatable to each other. Between the bearing outer ring 01 and the bearing inner ring 02 are balls 03 arranged as rolling elements. The bearing arrangement forms a so-called four-point ball bearing, in which the balls are guided between each two circumferential flanks in the running surfaces of the bearing rings. Such a four-point ball bearing has only a slight axial play. The bearing inner ring 02 serves to accommodate a rotatable and driven machine element, such as a shaft. The storage arrangement is intended for mounting in a machine or a vehicle. For this purpose, the bearing outer ring 01 attached to the machine or to the vehicle.

Der Lageraußenring 01 ist an einer seiner beiden Stirnflächen durch eine Distanzhülse 04 in axialer Richtung verlängert. Bei abgewandelten Ausführungsformen könnten Lageraußenring und Distanzhülse auch einstückig ausgeführt sein. Der Außendurchmesser des Distanzhülse 04 gleicht dem Außendurchmesser des Lageraußenringes 01. Folglich ist die Lagerungsanordnung hinsichtlich ihrer äußeren Begrenzung wie ein konventionelles Lager ausgeführt, welches lediglich in seiner axialen Ausdehnung verlängert ist.The bearing outer ring 01 is at one of its two end faces by a spacer sleeve 04 extended in the axial direction. In modified embodiments bearing outer ring and spacer sleeve could also be made in one piece. The outer diameter of the spacer sleeve 04 is similar to the outer diameter of the bearing outer ring 01 , Consequently, the storage arrangement is designed in terms of its outer boundary as a conventional bearing, which is extended only in its axial extent.

Eine solche Lagerungsanordnung kann in vielen Anwendungen ein bestehendes Lager ersetzen.A Such storage arrangement can be an existing one in many applications Replace bearing.

Der Lagerinnenring 02 erstreckt sich axial über die gesamte Länge, welche durch den Lageraußenring 01 und die ihn verlängernde Distanzhülse 04 gebildet ist. Zwischen der Distanzhülse 04 und dem Lagerinnenring 02 ergibt sich somit ein ringförmiger Hohlraum 06 in der Form eines Hohlzylinders. Die radial äußere Begrenzung des Hohlraumes 06 wird durch die Innenseite der Distanzhülse 04 gebildet. Die radial innere Begrenzung des Hohlraumes 06 wird durch den Lagerinnenring 02 gebildet, der im axialen Abschnitt der Distanzhülse 04 gegenüber konventionellen Lagern verlängert ist. Zwischen dem Hohlraum 06 und dem Bereich der Lagerungsanordnung, in welchem die Kugeln 03 rotieren, ist eine Dichtung 07 angeordnet. Die Dichtung 07 gewährleistet, dass ein Schmiermittel zur Schmierung der Kugeln 03 nicht in den ringförmigen Hohlraum 06 gelangen kann. Die Dichtung ist in Form eines Dichtungsringes ausgeführt, bei welchem eine Dichtlippe am rotierenden Lagerinnenring anliegt. An der außen liegenden Stirnseite des Hohlraumes 06 ist dieser nicht verschlossen. Eine offene Ausführung dieser Art ist für Lagerungsanordnungen geeignet, bei denen durch deren bestimmungsgemäße Verwendung gewährleistet ist, dass keine Fremdkörper, wie Schmiermittel oder Späne in den Hohlraum 06 gelangen können. Ist dies nicht gewährleistet, ist die Lagerungsanordnung so auszuführen, dass der ringförmige Hohlraum vollständig verschlossen ist. Grundsätzlich ist die Ausführung des Hohlraumes an die bestimmungsgemäße Verwendung der Lagerungsanordnung anzupassen. Insbesondere ist deren Anordnung in der Maschine zu berücksichtigen. So kann beispielsweise auch auf die Distanzhülse verzichtet werden, wenn deren Funktion durch die Einbauanordnung der Lagerungsanordnung gewährleistet ist.The bearing inner ring 02 extends axially over the entire length, which passes through the bearing outer ring 01 and the spacer sleeve extending it 04 is formed. Between the spacer sleeve 04 and the bearing inner ring 02 thus results in an annular cavity 06 in the form of a hollow cylinder. The radially outer boundary of the cavity 06 is through the inside of the spacer sleeve 04 educated. The radially inner boundary of the cavity 06 is through the bearing inner ring 02 formed in the axial portion of the spacer sleeve 04 extended compared to conventional bearings. Between the cavity 06 and the area of the bearing assembly in which the balls 03 rotate is a seal 07 arranged. The seal 07 ensures that a lubricant is used to lubricate the balls 03 not in the annular cavity 06 can get. The seal is designed in the form of a sealing ring, in which a sealing lip bears against the rotating bearing inner ring. At the outer end of the cavity 06 this is not locked. An open design of this type is suitable for storage arrangements in which it is ensured by their intended use that no foreign bodies, such as lubricants or chips in the cavity 06 can reach. If this is not ensured, the storage arrangement is to be designed so that the annular cavity is completely closed. Basically, the design of the cavity is adapted to the intended use of the storage arrangement. In particular, their arrangement in the machine is taken into account. Thus, for example, can be dispensed with the spacer sleeve, if its function is ensured by the installation arrangement of the storage arrangement.

Am Lagerinnenring 02 ist ein ringförmiges Reibelement 08 befestigt. Das Reibelement 08 ist innerhalb des Hohlraumes 06 angeordnet und rotiert gemeinsam mit dem Lagerinnenring 02. Die für die Funktion erforderliche Reibwirkung weist das Reibelement 08 nur innerhalb einer Kontaktfläche 09 auf. Das Reibelement 08 besteht aus Stahl oder einem anderen Werkstoff, der geeignet ist, die auftretenden Drehmomente aufnehmen zu können, wobei die Kontaktfläche 09 z. B. durch eine Beschichtung einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen sollte.At the bearing inner ring 02 is an annular friction element 08 attached. The friction element 08 is inside the cavity 06 arranged and rotates together with the bearing inner ring 02 , The friction required for the function has the friction element 08 only within a contact area 09 on. The friction element 08 is made of steel or another material that is suitable to absorb the torques occurring, the contact surface 09 z. B. should have a high coefficient of friction by a coating.

An der die Distanzhülse tragenden Stirnseite des Lageraußenringes 01 ist ein ringförmiges Schwingelement 11 in Form eines piezoelektrischen Elementes angeordnet, welches den Stator des Schwingantriebs bildet. Das Schwingelement 11 ist drehfest mit dem Lageraußenring 01 dadurch verbunden, dass Führungsnasen (nicht gezeigt) des Schwingelementes 11 in Führungsausnehmungen der Distanzhülse 04 geführt werden und so eine Rotation des Schwingelementes 11 gegenüber dem Lageraußenring 01 verhindern. Zwischen dem Schwingelement 11 und der Stirnseite des Lageraußenringes 01 ist eine Ringwellfeder 12 oder ein vergleichbares Federelement angeordnet, deren Federkraft das Schwingelement 11 in Richtung des Reibelementes 08 drückt und so den Wirkkontakt zwischen dem Reibelement 08 und dem Schwingelement 11 in der Kontaktfläche 09 gewährleistet. Die Ringwellfeder 12 kann auch mit dem Schwingelement 11 und dem Lageraußenring 01 so verbunden sein, dass hierdurch die drehfeste Anordnung des Schwingelementes 11 gegenüber dem Lageraußenring 01 gewährleistet ist.At the the spacer sleeve bearing end face of the bearing outer ring 01 is an annular vibrating element 11 arranged in the form of a piezoelectric element which forms the stator of the oscillating drive. The vibrating element 11 is non-rotatable with the bearing outer ring 01 connected by guide lugs (not shown) of the vibrating element 11 in guide recesses of the spacer sleeve 04 are guided and so a rotation of the vibrating element 11 opposite the bearing outer ring 01 prevent. Between the vibrating element 11 and the front of the bearing outer ring ges 01 is a ring wave spring 12 or a comparable spring element arranged, the spring force of the vibrating element 11 in the direction of the friction element 08 presses and so the effective contact between the friction element 08 and the vibrating element 11 in the contact area 09 guaranteed. The annular wave spring 12 can also work with the vibrating element 11 and the bearing outer ring 01 be connected so that in this way the rotationally fixed arrangement of the vibrating element 11 opposite the bearing outer ring 01 is guaranteed.

Das piezoelektrische Schwingelement 11 ist an eine elektronische Ansteuereinheit (nicht gezeigt) elektrisch angeschlossen. Die Ansteuereinheit kann direkt an der Lagerungsanordnung oder an einer geeigneten Position an der Maschine oder am Fahrzeug angebracht werden. Die Ansteuereinheit umfasst leistungselektronische Schaltungen, mit denen das piezoelektrische Schwingelement 11 in Ultraschallschwingungen versetzt werden kann.The piezoelectric vibrating element 11 is electrically connected to an electronic drive unit (not shown). The drive unit can be attached directly to the storage arrangement or at a suitable position on the machine or on the vehicle. The drive unit comprises power electronic circuits, with which the piezoelectric vibrating element 11 can be put into ultrasonic vibration.

Dabei kann die Amplitude und die Frequenz der Ansteuerspannung verändert werden, wobei das piezoelektrische Schwingelement 11 vorzugsweise in seiner Resonanzfrequenz zu betreiben ist. Die elektrischen Anschlussleitungen (nicht gezeigt) sind durch eine Öffnung in der Distanzhülse 04 zum piezoelektrischen Schwingelement 11 geführt.In this case, the amplitude and the frequency of the drive voltage can be changed, wherein the piezoelectric vibrating element 11 is preferably to operate in its resonant frequency. The electrical connection lines (not shown) are through an opening in the spacer sleeve 04 to the piezoelectric vibrating element 11 guided.

0101: LageraußenringBearing outer ring
0202: LagerinnenringBearing inner ring
0303: Kugelnroll
0404: DistanzhülseStand Off
0505: –-
0606: ringförmiger Hohlraumannular cavity
0707: Dichtungpoetry
0808: Reibelementfriction
0909: Kontaktflächecontact area
1010: –-
1111: Schwingelementvibrating element
1212: RingwellfederCorrugated spring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 3010252 C2 [0003]
- DE 69026650 T2 [0004]

Claims

Storage arrangement for supporting and driving a rotating machine element, comprising: - a first bearing ring ( 01 ) and a rotatable second bearing ring ( 02 ), the second bearing ring ( 02 ) receives the rotating machine element, and between which by the bearing rings ( 01 . 02 ) formed inner circumference of the bearing assembly and by the bearing rings ( 01 . 02 ) formed outer circumference of the bearing assembly an annular cavity ( 06 ) is trained; A friction element ( 08 ) in the annular cavity ( 06 ), which rotatably with one of the two bearing rings ( 01 . 02 ) connected is; and a vibrating element ( 11 ) in the annular cavity ( 06 ), which rotatably with the other of the two bearing rings ( 02 . 01 ) and in operative contact ( 09 ) with the friction element ( 08 ) stands.

Storage arrangement according to claim 1, characterized in that the friction element ( 08 ) rotatably with the second, coupled to the rotating machine element bearing ring ( 02 ), and that the vibrating element ( 11 ) rotatably with the first, frame-fixed bearing ring ( 01 ) connected is.

Storage arrangement according to claim 2, characterized in that the storage arrangement further comprises a spring element ( 12 ), which between the vibrating element ( 11 ) and the first bearing ring ( 01 ) is arranged and its spring force on the vibrating element ( 11 ) in the direction of the active contact ( 09 ) with the friction element ( 08 ) is aligned.

Storage arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the oscillating element by a piezoelectric element ( 11 ) is formed for the generation of ultrasonic vibrations, which is excited by an electronic drive unit to vibrate.

Storage arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the friction element ( 08 ) is annular.

Storage arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the bearing rings ( 01 . 02 ) Rolling elements ( 03 ) are arranged.

Storage arrangement according to claim 6, characterized in that the rolling bodies by balls ( 03 ) are formed and the storage arrangement is designed as a four-point ball bearing.

Storage arrangement according to claim 6, characterized in that the rolling elements are formed by tapered rollers, which within the bearing rings ( 01 . 02 ) are braced.

Storage arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first bearing ring by a bearing outer ring ( 01 ) is formed and the second bearing ring by a bearing inner ring ( 02 ) is formed.

Storage arrangement according to claim 9, characterized in that the annular cavity ( 06 ) within a spacer sleeve ( 04 ) is formed, which at one end face of the bearing outer ring ( 01 ) is arranged and this extends axially, wherein the bearing inner ring ( 02 ) over the axial length of the bearing outer ring ( 01 ) and the spacer sleeve ( 04 ).

Storage arrangement according to claim 10, characterized in that the oscillating element ( 11 ) is annular and on which the spacer sleeve ( 04 ) bearing end face of the bearing outer ring ( 01 ) is arranged.

Storage arrangement according to claim 10 or 11, characterized. that the friction element ( 08 ) on the inside of the spacer sleeve ( 04 ) axially extending part of the bearing inner ring ( 02 ) is attached.

Storage arrangement according to one of claims 10 to 12, characterized in that the active contact between the friction element ( 08 ) and the vibrating element ( 11 ) forming contact surface ( 09 ) is aligned obliquely relative to the axis of the bearing assembly.

Storage arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cavity ( 06 ) against the running surfaces of the bearing rings ( 01 . 02 ) with a seal ( 07 ) is sealed.

Bearing arrangement according to claim 3 or a dependent on this claim, characterized in that the spring element by a corrugated spring ( 12 ) is formed.