DE102008032663A1

DE102008032663A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102008032663A1
Application number: DE102008032663A
Authority: DE
Inventors: Frank Dürschmied; Rainer Eidloth; Arbogast Dr. Grunau; Martin Schreiber; Peter Schuster; Sergej Dr. Schwarz
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Lageranordnung, mit einem einen Innenring, einen Außenring und dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweisenden Wälzlager und wenigstens einem Wärmerohr, das mit einem ersten Abschnitt seiner Oberfläche in Kontakt mit dem Innenring oder dem Außenring ist, wobei das Wärmerohr (6, 18, 21) mit einem zweiten Abschnitt seiner Oberfläche in Kontakt mit einem temperierbaren Wärmespeicher (7, 19, 22) ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, mit einem einen Innenring, einen Außenring und dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweisenden Wälzlager und wenigstens einem Wärmerohr, das mit einem ersten Abschnitt seiner Oberfläche in Kontakt mit dem Innenring oder dem Außenring ist.
Hintergrund der Erfindung
In der DE 42 34 303 A1 wird ein Wälzlager beschrieben, bei dem die Wärmeabfuhr durch innerhalb des Wälzlagers angeordnete Wärmerohre erfolgt. Durch verschiedene Effekte wie Reibung, Rollwiderstand, Schlupf und Gleiten entsteht in Wälzkörpern und Laufringen von Wälzlagern Reibungswärme, die eine Begrenzung der zulässigen Betriebstemperatur erfordert. Zur Kühlung von Wälzlagern werden verschiedene Maßnahmen eingesetzt, beispielsweise Ölumlaufschmierungen oder die Zufuhr von Kühlluft. Bei dem in der DE 42 34 303 A1 beschriebenen Wälzlager sind die Zwischenräume zwischen den zylinderförmigen Wälzkörpern und dem Innenring mit Wärmerohren versehen.
Das Wirkungsprinzip von Wärmerohren, die an sich allgemein bekannt sind, besteht darin, dass in einem geschlossenen Rohr eine durch Wärmezufuhr verdampfte Flüssigkeit an einer kühleren Stelle des Rohrs kondensiert und ihre Kondensationswärme an die Umgebung abgibt. Wärmerohre zeichnen sich durch eine hohe Wärmestromdichte aus im Vergleich zu einer „natürlichen” Wärmeabgabe durch Wärmeleitung oder -strahlung.
Ein weiteres Beispiel für eine Lageranordnung mit einem Wärmerohr ist aus der Patentschrift US 6,528,909 B1 bekannt. Dort ist ein Wärmerohr im Inneren der zentralen Lagerwelle vorgesehen.
Eine Lageranordnung mit einem Wärmerohr wird auch in der DE 33 25 942 A1 vorgeschlagen, bei der die in dem Wärmerohr eingeschlossene Flüssigkeit auch zur Schmierung des Wälzlagers verwendet wird.
Obwohl durch den Einsatz von Wärmerohren bei Lageranordnungen bereits eine Verbesserung der Wärmeabfuhr erzielt werden konnte, wäre es wünschenswert, diese noch weiter zu steigern, um die Lageranordnung bei niedrigeren Betriebstemperaturen betreiben zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung anzugeben, bei der die Wärmeübertragung verbessert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Lageranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Wärmerohr mit einem zweiten Abschnitt seiner Oberfläche in Kontakt mit einem temperierbaren Wärmespeicher ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der gewünschte störungsfreie Betrieb der Lageranordnung erzielt werden kann, indem zwei Komponenten der Lageranordnung auf dieselbe Temperatur gebracht werden. Dazu ist ein temperierbarer Wärmespeicher vorgesehen, der mit dem (zweiten) Abschnitt der Oberfläche des Wärmerohrs in Kontakt ist, sodass der andere (erste) Abschnitt der Oberfläche des Wärmerohrs einen Kühl- oder Heizvorgang an dem Innenring oder dem Außenring des Wälzlagers bewirken kann. Auf diese Weise kann sowohl der Innenring als auch der Außenring eines Wälzlagers gekühlt oder beheizt werden, indem der Temperaturausgleich verbessert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Lageranordnung einen Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Innenrings und/oder des Außenrings aufweist und dass die Temperatur des temperierbaren Wärmespeichers in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur mittels einer Steuerung gesteuert wird. Beispielsweise kann durch das Erfassen der Temperatur des Innenrings dieser mittels des Wärmespeichers und der Wärmerohre so weit abgesenkt werden, dass der Innenring dieselbe Temperatur wie der Außenring aufweist. Wenn der Innenring und der Außenring zumindest näherungsweise dieselben Temperaturen aufweisen, wird eine unerwünschte Änderung des Lagerspiels vermieden. In ähnlicher Weise kann die Temperatur des Innenrings bis auf die Temperatur des Außenrings erhöht werden, wenn der Außenring eine höhere Temperatur als der Innenring aufweist. Im Vordergrund steht dabei nicht das Abkühlen oder Erwärmen eines Bauteils auf eine bestimmte Temperatur, sondern zwei Bauteile sollen auf dasselbe Temperaturniveau gebracht werden. Die Anpassung der Temperatur erfolgt über den Wärmespeicher, der temperierbar ist, indem die Temperatur des mit dem Wärmespeicher in Kontakt stehenden Wärmerohrs entsprechend verändert wird, um den Innenring bzw. den Außenring auf das gewünschte Temperaturniveau zu bringen. Dementsprechend ist die Steuerung der erfindungsgemäßen Lageranordnung vorzugsweise so ausgebildet, dass sie die Temperatur des temperierbaren Wärmespeichers erhöht oder verringert, bis die Temperatur zumindest näherungsweise mit der erfassten Temperatur des Innenrings oder des Außenrings des Wälzlagers übereinstimmt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Wärmespeicher als massives Bauteil ausgebildet sein. Dabei werden Materialien mit hoher Wärmekapazität bevorzugt, beispielsweise Metalle. Insbesondere kann der Wärmespeicher aus Stahl, Aluminium oder Kupfer bestehen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Wärmespeicher mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, insbesondere mit Wasser oder Öl. Es ist auch möglich, dass der Wärmespeicher ganz oder teilweise als Bestandteil eines Gehäuses oder beispielsweise einer Welle ausgebildet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung können mehrere, vorzugsweise über den Umfang des Wälzlagers verteilte, Wärmerohre vorgesehen sein. Dabei kann der mit den Wärmerohren in Kontakt stehende Wärmespeicher ringförmig ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung eignet sich insbesondere als Rundtischlager für eine Werkzeugmaschine.
Daneben betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lageranordnung der beschriebenen Art aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Lageranordnung;
2 eine zweite Ansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;
3 eine als Rundtischlagerung für eine Werkzeugmaschine ausgebildete erfindungsgemäße Lageranordnung in einer geschnittenen Ansicht;
4 eine Draufsicht der Ansicht von 3;
5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer als Rundtischlagerung ausgebildeten Lageranordnung in einer geschnittenen Ansicht; und
6 eine Draufsicht der Lageranordnung von 5.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Weise den Aufbau und das Funktionsprinzip einer Lageranordnung.
Die Lageranordnung 1 umfasst ein Wälzlager 2, mit einem Innenring 3, einem Außenring 4 und dazwischen angeordneten Wälzkörpern 5, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Zylinderrollen ausgebildet sind. Der Innenring 3 ist ortsfest, der Außenring 4 ist um eine in 1 nicht dargestellte Achse drehbar. Der Innenring 3 ist über ein Wärmerohr 6 mit einem temperierbaren Wärmespeicher 7 verbunden.
An dem Außenring 4 ist ein Temperatursensor 8 angebracht, mit dem die Temperatur des Außenrings 4 während des Betriebs erfasst werden kann. Die erfasste Temperatur wird an eine Steuerung 9 weitergeleitet, die die Temperierung des Wärmespeichers 7 steuert. Die Temperierung des Wärmespeichers 7 umfasst dabei sowohl Heizvorgänge als auch Abkühlvorgänge.
Wenn durch den Temperatursensor 8 beispielsweise eine Temperatur von 70°C an dem drehenden Außenring 4 erfasst wurde, wird der Wärmespeicher 7 durch die Steuerung so temperiert, dass er auf dieselbe Temperatur von 70°C gebracht wird. Da der Wärmespeicher 7 über das Wärmerohr 6 mit dem Innenring 3 verbunden ist, wird der Innenring 3 durch Wärmeübertragung auf die in dem Wärmespeicher 7 herrschende Temperatur gebracht, sodass der Außenring 4 und der Innenring 3 dieselbe Temperatur aufweisen. Wenn das gesamte Wälzlager 2 eine praktisch homogene Temperatur aufweist, treten keine unterwünschten Veränderungen des Lagerspiels auf, ebenso wenig kommt es zur Entstehung von Geräuschemissionen.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lageranordnung, wobei für übereinstimmende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Der drehende Außenring 4 besitzt eine Temperatur von 70°C, die mit dem Temperatursensor 8 erfasst wird. Der ortsfeste Innenring 3 besitzt eine Temperatur von 95°C. Die Steuerung 9 steuert die Temperierung des Wärmespeichers 7 derart, dass dieser auf eine Temperatur von 70°C gebracht wird, sodass der Innenring 3 über das Wärmerohr 6 bis auf 70°C abgekühlt wird. Im stationären Zustand weisen der Innenring 3 und der Außenring 4 dieselbe Temperatur von 70°C auf.
3 zeigt eine als Rundtischlager für eine Werkzeugmaschine ausgebildete Lageranordnung in einer geschnittenen Ansicht.
Die Lageranordnung 10 umfasst einen ortsfesten Außenring 11 und einen drehbaren Innenring 12, der um eine Drehachse 13 drehbar ist. Zwischen dem Außenring 11 und dem Innenring 12 befinden sich Wälzkörper 14, Axialkräfte werden über weitere Wälzkörper 15, 16 aufgenommen. Der Außenring 11 ist mit einem nicht näher dargestellten Grundkörper 17 einer Werkzeugmaschine verbunden.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, weist der drehbare Innenring 12 über den Umfang verteilte Wärmerohre 18 auf, die mit einem ersten Abschnitt ihrer Oberfläche in Kontakt mit dem Innenring 12 und mit einem zweiten Abschnitt ihrer Oberfläche mit einem temperierbaren Wärmespeicher 19 sind. Die Tem perierung des Wärmespeichers 19 kann beispielsweise durch eine elektrische Heizung oder über einen Wärmetauscher erfolgen. In 4 ist erkennbar, dass jedem Wärmerohr 18 ein separater Wärmespeicher 19 zugeordnet ist.
In den 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung gezeigt, die denselben Grundaufbau wie die Lageranordnung der 3 und 4 aufweist.
In Übereinstimmung mit dem in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein ortsfester Außenring 20 vorgesehen, der mit Wälzkörpern 14, 15, 16 und einem Innenring 12 ein Wälzlager bildet. In dem Innenring 12 münden Wärmerohre 21. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils drei axial voneinander beabstandete Wärmerohre 21 vorgesehen. An dem zur Drehachse weisenden Ende der Wärmerohre 21 ist ein Wärmespeicher 22 angeordnet, der ringförmig ausgebildet ist und mit den Wärmerohren 21 in Kontakt ist.

1: Lageranordnung
2: Wälzlager
3: Innenring
4: Außenring
5: Wälzkörper
6: Wärmerohr
7: Wärmespeicher
8: Temperatursensor
9: Steuerung
10: Lageranordnug
11: Außenring
12: Innenring
13: Drehachse
14: Wälzkörper
15: Wälzkörper
16: Wälzkörper
17: Grundkörper
18: Wärmerohr
19: Wärmespeicher
20: Außenring
21: Wärmerohr
22: Wärmespeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4234303 A1 [0002, 0002]
- US 6528909 B1 [0004]
- DE 3325942 A1 [0005]

Claims

Lageranordnung, mit einem einen Innenring, einen Außenring und dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweisenden Wälzlager und wenigstens einem Wärmerohr, das mit einem ersten Abschnitt seiner Oberfläche in Kontakt mit dem Innenring oder dem Außenring ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmerohr (6, 18, 21) mit einem zweiten Abschnitt seiner Oberfläche in Kontakt mit einem temperierbaren Wärmespeicher (7, 19, 22) ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperatursensor (8) zum Erfassen der Temperatur des Innenrings (3, 12) und/oder des Außenrings (4, 11, 20) aufweist und dass die Temperatur des temperierbaren Wärmespeichers (7, 19, 22) in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur mittels einer Steuerung (9) gesteuert wird.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (9) so ausgebildet ist, dass sie die Temperatur des temperierbaren Wärmespeichers (7, 19, 22) erhöht oder verringert, bis die Temperatur zumindest näherungsweise mit der erfassten Temperatur des Innenrings (3, 12) oder des Außenrings (4, 11, 20) des Wälzlagers (2) übereinstimmt.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (7, 19, 22) als massives Bauteil ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (7, 19, 22) aus Metall besteht, insbesondere aus Stahl, Aluminium oder Kupfer.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (7, 19, 22) mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, insbesondere mit Wasser oder Öl.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (7, 19, 22) ganz oder teilweise als Bestandteil eines Gehäuses oder einer Welle ausgebildet ist.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (22) im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist.
Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Rundtischlager für eine Werkzeugmaschine ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lageranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.