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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Verwendung eines Lagerkäfigs bzw.
eines Lagerrings sowie einen Lagerkäfig und ein Wälzlager.
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Aus
der Praxis der Wälzlager ist bekannt, dass Partikel, die
sich im Innern des Wälzlagers befinden, also im Bereich
eines Lagerkäfigs des Wälzlagers bzw. in einem
durch den Zwischenraum der Lagerringe, des Innenrings und des Außenrings,
definierten Bereich, störend auf die Funktionalität
des Wälzlagers auswirken. Derartige Partikel sind oft in einem
Schmiermittel des Wälzlagers verteilt. Zu den störenden
Partikeln gehören solche, die schon bei der Herstellung
des Wälzlagers eingetragen werden, wie auch solche, die
erst im Betrieb des Wälzlagers freigesetzt werden. Zumindest
letztere Partikel lassen sich durch im Stand der Technik bekannte
Filter, die den Zufluss des Schmiermittels in das Wälzlager hinein
filtern, nicht zurückhalten. Es ist ferner bekannt, dass
die störenden Partikel in vielen Fällen ferromagnetische
Eigenschaften aufweisen.
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DE 694 08 410 T2 beschreibt
ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring
und Wälzelementen, die in einem Lagerkäfig in
einem zwischen den Lagerringen definierten Lagerraum gehalten werden,
wobei in dem Lagerraum des Wälzlagers eine poröse
Matrix angeordnet ist, die bei einer Drehung des die Matrix tragenden
Lagerelementes Öl freigibt. Die Matrix kann ferromagnetische
Teilchen enthalten, die vorgesehen sind, um in dem Lagerraum befindliche
ferromagnetische Partikel aufzufangen und in der Matrix aufzunehmen.
Nachteilig ist, dass für die Matrix ein zusätzlicher
Bauraum in dem Lagerraum vorzusehen ist, was der Forderung nach einer
kleinbauenden Auslegung von Wälzlagern zuwiderläuft.
Ferner besteht die Gefahr, dass nicht alle Partikel in die Matrix
aufgenommen werden können sowie weiter, dass sich Teile
der Matrix lösen bzw. dass die ferromagnetischen Teilchen
der Matrix aus dieser austreten und ihrerseits wiederum Partikel
im Lagerraum des Wälzlagers darstellen, die dessen Funktionalität
herabsetzen.
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DE 198 24 668 A1 beschreibt
einen Lagerkäfig, der aus Sinterteilen hergestellt ist,
wobei auch ein magnetischer Werkstoff den Sinterteilen zugefügt sein
kann, damit der Lagerkäfig als Signalgeber für ABS-
bzw. Drehzahlsensoren dienen kann. Aus der Bestimmung für
ABS- bzw. Drehzahlsensoren folgt, dass der Lagerkäfig ein
inhomogenes, d. h. ein bezüglich seiner Rotationsachse
wechselndes Magnetfeld aufweisen muss. Andernfalls wäre
bei der Drehung des Lagerkäfigs das an einem Sensor für
das sich ändernde Magnetfeld das Magnetfeld des Lagerkäfigs
konstant, so dass eine Drehung des Lagerkäfigs nicht zu
erfassen ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine einfache Möglichkeit
aufzuzeigen, die unerwünschte Wirkung von in dem Lagerraum
eines Wälzlagers befindlichen Partikel möglichst
vollständig zu unterdrücken.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung
von Lagerkäfigen gemäß Anspruch 1 bzw.
von Lagerringen gemäß Anspruch 8 bei Wälzlagern
gemäß Anspruch 7 bzw. Anspruch 12 erreicht.
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Bei
der Verwendung von abschnittsweise eine Permanentmagnetisierung
aufweisenden Lagerkäfigen bzw. Lagerringen werden die in
dem Lagerraum befindlichen Partikel im Bereich der Permanentmagnetisierung
angezogen und dort festgehalten. Das Schmiermedium des Wälzlagers
wird damit von solchen Partikeln gereinigt, die ferromagnetische Eigenschaften
aufweisen. Die an sich bekannte Magnetisierung von Lagerringen bzw.
Lagerkäfigen kann daher neben der Signalgenerierung für
magnetische Sensoren auch zur Reduzierung der Zahl der Partikel
in dem Lagerraum ausgenutzt werden, so dass sich die Funktionalität
des Wälzlagers verbessert und insbesondere dessen Lebensdauer
erhöht.
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Versuche
haben gezeigt, dass die Magnetisierung, die ein Laufring bzw. ein
Laufkäfig aufweist, um als Signalgeber für einen
magnetischen ABS- bzw. Drehzahlsensor zu dienen, ausreicht, um die Zahl
der Partikel in dem Lagerraum deutlich herabzusetzen. Es hat sich
ebenfalls gezeigt, dass eine geringere Magnetisierung ebenfalls
ausreichend ist, um die Zahl der Partikel in dem Lagerraum zu verringern, allerdings
nicht mehr, um den Lagerkäfig bzw. den Lagerring als Signalgeber
für den magnetischen Sensor benutzen zu können.
Die Verwendung magnetisierter Lagerringe bzw. magnetisierter Laufkäfige erschließt
damit für nur schwach magnetisierte Lagerringe bzw. Laufkäfige
eine neue Anwendungsmöglichkeit.
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Weiter
hat sich in Versuchen gezeigt, dass auch magnetisierte Laufkäfige
bzw. magnetisierte Lagerringe, die ein im wesentlichen rotationssymmetrisches
Magnetfeld aufweisen, zur Verminderung der Partikel im Lagerraum
des Wälzlagers geeignet sind, allerdings als Signalgeber
für ABS- und Dreh sensoren ausscheiden. Damit ist für
solche magnetischen Lageringe bzw. Laufkäfige eine neue
Anwendungsmöglichkeit aufgezeigt.
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Vorzugsweise
ist für einen Lagerkäfig vorgesehen, dass ein
Korpus des Lagerkäfigs Stege zwischen Aufnahmen für
die Wälzkörper aufweist, und wobei die Stege Taschen
zwischen den Aufnahmen ausbilden, so dass die festgehaltenen Partikel
in den Taschen angesammelt werden können und insbesondere
beabstandet von einem für die Funktion des Wälzlagers
kritischen Bereich, nämlich der Lauffläche der
Wälzkörper an den Lagerringen, gehalten werden
können.
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Besonders
bevorzugt ist für den Lagerkäfig mit Stegen vorgesehen,
dass die Permanentmagnetisierung im wesentlichen im Bereich der
Stege ausgebildet ist, wodurch die Partikel von den Laufflächen der
Lagerung weggezogen werden können. Insbesondere bildet
sich eine inhomogene, punktuell auf den Bereich der Stege konzentrierte
Magnetisierung aus, der einen hohen Gradienten zu den Stegen aufweist
und sehr wirkungsvoll Partikel aus dem gesamten Lagerraum zu den
Stegen hinziehen kann.
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Vorzugsweise
ist für den Lagerkäfig vorgesehen, dass die Permanentmagnetisierung
durch mindestens ein magnetisches Element ausgebildet ist, das an
dem Korpus des Lagerkäfigs befestigt ist. Auf diese Weise
können bestehende, unmagnetische Lagerkäfige eine
Permanentmagnetisierung erhalten. Außerdem ergibt sich
ein Freiheitsgrad bei der Anordnung des mindestens einen magnetischen
Elementes an dem Lagerkäfig, wobei das magnetische Element
ein stark punktuell konzentriertes Magnetfeld mit hohem Gradienten
darstellt.
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Sofern
das Lager sowohl mindestens einen Lagerring als auch einen Lagerkäfig
aufweist, ist die Permanentmagnetisierung bevorzugt dem Lagerkäfig
zugeordnet, um die Relativbewegung des Lagerkäfigs zu den
beiden Lagerringen sowie zu der Dichtung für eine möglichst
gleichmäßige Reinigung des Schmiermittels ausnutzen
zu können.
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Anstelle
oder ergänzend zu der Permanentmagnetisierung des Lagerkäfigs
kann die Permanentmagnetisierung eines Lagerrings ausgenutzt werden.
Bevorzugt ist hierbei, wenn das Magnetfeld unmittelbar die Lauffläche
der Wälzkörper an dem Lagerring überstreicht,
so dass das Magnetfeld im Bereich der Lauffläche der Wälzkörper
inhomogen ist. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise bevorzugt
vorsehen, dass benachbart zu der Lauffläche eine Tasche
vorgesehen ist, in der die Partikel abgelagert werden. Besonders
bevorzugt ist es, wenn in der Tasche die Permanentmagnetisierung als
magnetisches Element ausgebildet ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen
sowie aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden
Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Draufsicht auf eine beispielhafte Verwendung eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigs in
einem erfindungsgemäßen Wälzlager,
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2 zeigt
eine Schnittansicht des Wälzlagers aus 1 entlang
der Schnittlinie B-B, und
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3 zeigt
eine Vergrößerung des Ausschnitts ,A' aus 2.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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1, 2 und 3 zeigen
ein Wälzlager 1, umfassend als Lagerringe einen
Innenring 2 und einen Außenring 3 sowie
im wesentlichen kugelförmige Wälzkörper 4,
die in einem Lagerkäfig 5 gelagert sind, der ein
Korpus 6 für den Lagerkäfig 5 mit Aufnahmen 7 für
die Wälzkörper 4. Zusätzlich
zu den Aufnahmen 7 weist das Korpus 6 des Lagerkäfigs 5 Stege 8 auf,
die zwischen benachbarten Aufnahmen 7 angeordnet sind und
einen im wesentlichen flachen Bereich darstellen.
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Der
Lagerkäfig 5 weist eine inhomogene, d. h. nicht
rotationssymmetrische Magnetisierung auf. Im Bereich der Stege 8 sind
hierzu magnetische Elemente 9 auf den flachen Stegen 8 angebracht,
wobei in den Darstellungen jeweils nur ein magnetisches Element 9 gezeigt
ist.
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Das
magnetische Element 9 ist ein plattenförmiger
Permanentmagnet einer Neodym-Eisen-Bor(NdFeB)-Verbindung von nur
wenigen mm Abmessung, der mittels eines Klebers auf dem Steg 8 befestigt
ist. In der Einbaustellung (1) des magnetischen
Elementes 9 weist dieses auf eine nicht dargestellte Dichtung
des Wälzlagers 1 in Richtung des Außenrings 3 derart,
dass ein Abschnitt des Magnetfeldes des magnetischen Elementes 9 die
auf der Innenfläche 10 des Außenrings 3 befindliche, bildlich
nicht dargestellte Lauffläche der Wälzkörper 4 überstreicht.
Hierzu ist das magnetische Element 9 auf einer nach außen
weisenden Fläche 11 eines der Stege 8 angebracht
(3).
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Die
Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Während der
Betätigung des Wälzlagers 1 führt
der Lagerkäfig 5 eine Relativbewegung bezogen
auf den Innenring 2 sowie auf den Außenring 3 aus.
Der Lagerkäfig 5 führt ebenfalls eine
Relativbewegung in Bezug auf das Schmiermittel aus, in dem die Partikel verteilt
enthalten sind, und das sich an dem Innenring 2, im Verlauf
der Betätigung des Wälzlagers 1 vermehrt
jedoch an dem Außenring 3 sowie an der nicht dargestellten
Dichtung konzentriert. Gerade bei längerer Betätigung
des Wälzlagers 1 befindet sich das anfangs noch
im Innern des Wälzlagers 1 gleichmäßig
verteilte Schmiermittel vermehrt im Bereich der Dichtung, wo es
eine zähe, fast feste Konsistenz aufweist. Dieses im Bereich
der Dichtung angesammelte, dort beinahe unbeweglich angesammelte Schmiermittel
lässt sich nur aufwendig und unzuverlässig von
ferromagnetischen Partikeln reinigen, wenn ausschließlich
auf den Bereich der Dichtung die Magnetisierung ausgeführt
bleibt. Die im Bereich des Laufkäfigs 5 ausgebildete
Magnetisierung bietet daher den Vorteil, bei Betrieb des Wälzlagers 1 ständig
an der Dichtung vorbeigeführt zu werden und dort die in
dem dort befindlichen Schmiermittel angesammelten ferromagnetischen
Partikel aufsammeln zu können. Zusätzlich befindet
sich auf der nach innen weisenden Seite 10 des Außenrings 3 im
wesentlichen ausgerichtet mit den Laufflächen der Wälzkörper 4 auf
der nach innen weisenden Seite des Außenrings 3 ein
Bereich des Magnetfeldes des magnetischen Elementes 9,
so dass dort ein Gradient des Magnetfeldes entsteht, der auf im
Bereich des Gradienten des Magnetfeldes befindliche ferromagnetische
Partikel eine Kraft in Richtung des magnetischen Elementes 9 ausübt.
Beliebig im Raum zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 verteilte
Partikel kommen im Verlauf der Betätigung des Wälzlagers 1,
bei dem sich Schmiermittel, in dem die Partikel üblicherweise
eingelagert sind, innerhalb des Wälzlagers 1 teilweise
immer wieder umverteilt, in den Bereich des Gradienten des Magnetfelds
des magnetischen Elementes 9 und werden auf diese Weise
von dem magnetischen Element 9 festgehalten. Da sich das
magnetische Element 9 auf dem Lagerkäfig 5 befindet,
werden die ferromagnetischen Partikel insbesondere von den für
die Funktion des Wälzlagers 1 kritischen Laufflächen
der Wälzkörper 4 auf dem Innenring 2 bzw.
auf dem Außenring 3 entfernt angesammelt.
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Es
versteht sich, dass zusätzlich zu dem dargestellten magnetischen
Element 9 auch ein weiteres magnetisches Element vorgesehen
sein kann, das auf einer nach innen weisenden Fläche 12 des
Steges 8 angeordnet ist und dessen einer Pol die Lauffläche
der Wälzkörper 4 auf einer nach außen
weisenden Fläche 13 (3) des Innenrings 2 abschnittsweise überstreicht.
Auf diese Weise lassen sich Abschirmeffekte durch den metallischen
Steg 8, die die Wirksamkeit eines nur auf einer Fläche
des Steges 8 befestigten metallischen Elementes 9 beeinträchtigen
könnten, herabsetzen.
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Es
versteht sich, dass das magnetische Element stabförmig
ausgebildet sein könnte und in einer Bohrung des Steges 8 derart
aufgenommen sein kann, dass ein Pol des magnetischen Elementes auf den
Innenring 2 und der andere Pol des magnetischen Elementes
auf den Außenring 3 weist. Es versteht sich ebenfalls,
dass nicht nur an einem der Stege 8, sondern an mehreren
oder allen Stegen magnetische Elemente 9 vorgesehen sein
können.
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Anstelle
eines magnetischen Elementes 9, das anfangs von dem Lagerkäfig 5 baulich
getrennt ist und später an dem Lagerkäfig 5 befestigt
wird, kann vorgesehen sein, eine abschnittsweise Permanentmagnetisierung
des Lagerkäfigs 5 durch eine entsprechende Materialbearbeitung
des Korpus 6 des Lagerkäfigs 5 zu erreichen,
beispielsweise durch eine Materialbearbeitung, bei der sich das
Gefüge des Korpus 6 lokal ändert und
als dessen Ergebnis der Lagerkäfig 5 bereichsweise
magnetisch wird. Eine solche Materialbearbeitung könnte
beispielsweise aus einem lokalen Anschmelzen des Korpus 6 bestehen,
gefolgt von einer definierten Abkühlung, beispielsweise
in Gegenwart eines äußeren Magnetfelds, das in
dem angeschmolzenen Bereich teilweise eingefroren wird, oder unter
Zugabe von magnetischen Teilchen, die in den zuvor angeschmolzenen Bereich
eingelagert werden.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war das
magnetische Element 9 an dem Lagerkäfig 5 angeordnet.
Es versteht sich, dass alternativ oder ergänzend hierzu
ein magnetisches Element 9 auch an einem der Lagerringe,
dem Innenring 2 und/oder dem Außenring 3,
angeordnet sein kann. In diesem Fall sollte vorzugsweise ein magnetisches
Element an dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordnet
sein, da es andernfalls vergleichsweise lange dauern kann, bis der
ferromagnetische Partikel von einem Ring zu dem anderen Ring mit dem
Schmiermittel zusammen befördert wird, bevor er an dem
magnetischen Element festgehalten wird. Es versteht sich weiter,
dass anstelle eines anfangs von dem Innenring 2 bzw. Außenring 3 getrennten magnetischen
Elementes auch ein Abschnitt des jeweiligen Rings 2, 3 durch
eine geeignete Materialbehandlung eine abschnittsweise Magnetisierung
erhalten kann.
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Die
Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
beschrieben und erläutert, bei dem der Lagerkäfig 5 als
Stahlblechkäfig mit Stegen 8 ausgebildet war.
Es versteht sich, dass die Erfindung auch Stahlblechkäfige
ohne Stege sowie Schnappkäfige, insbesondere auch Schnappkäfige aus
Kunststoff, betrifft.
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 3
- Außenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Lagerkäfig
- 6
- Korpus
von 5
- 7
- Aufnahme
- 8
- Steg
- 9
- magnetisches
Element
- 10
- Innenfläche
von 3
- 11
- nach
außen weisende Fläche von 8
- 12
- nach
innen weisende Fläche von 8
- 13
- nach
außen weisende Fläche von 2
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69408410
T2 [0003]
- - DE 19824668 A1 [0004]