DE102008046540A1

DE102008046540A1 - Wälzlageranordnung mit Drehwinkelgeber

Info

Publication number: DE102008046540A1
Application number: DE102008046540A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dittenhöfer; Günter Schmid; Roland Dr. Süßkind
Original assignee: INA Drives and Mechatronics GmbH and Co KG; Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-11

Abstract

Lageranordnung (1) mit Drehwinkelgeber (13), umfassend - eine Welle (2), - einen auf der Welle (2) angeordneten Lagerinnenring (5), - einen dem Lagerinnenring (5) benachbarten Geberring (10), - eine Anzahl auf dem Lagerinnenring (5) angeordneter Zylinderrollen (6), - einen die Zylinderrollen (6) umgebenden Lageraußenring (7), - einen dem Lageraußenring (7) benachbarten Zusatzring (9), - ein Gestellteil (4), in welchem der Lageraußenring (7) und der Zusatzring (9) fixiert sind, - einen im Zusatzring (9) angeordneten, mit dem Geberring (4) zusammenwirkenden Sensor (12), wobei die Lagerringe (5, 7) zusammen mit den Zylinderrollen (6) eine Loslagerung bilden und der Geberring (10) zusammen mit dem Sensor (12) eine gleichbleibende Messfunktion bei unterschiedlichen axialen Positionierungen der Welle (2) relativ zum Gestellteil (4) bereitstellt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung mit einem Drehwinkelgeber. Unter einem Drehwinkelgeber wird hierbei sowohl ein Absolutwert-Drehwinkelgeber als auch eine inkrementale Winkelmessvorrichtung verstanden.
Hintergrund der Erfindung
Eine Wälzlageranordnung mit einem Drehwinkelgeber ist beispielsweise aus der DE 10 2006 031 718 A1 bekannt. Hierbei weist ein zur Erfassung der Winkellage und/oder der Relativdrehzahl zwischen zwei Lagerringen vorgesehener Winkelgeber zum einen ein kunststoffgebundenes, hartmagnetisches Material auf, welches in einer ringförmigen Aussparung oder Nut eines Lagerringes aufgenommen ist, und zum anderen einen am anderen Lagerring abgestützen Sensor. Beim Wälzla ger der aus der DE 10 2006 031 718 A1 bekannten Vorrichtung handelt es sich um ein zweireihiges Kugellager.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einen Drehwinkelgeber aufweisende Wälzlageranordnung mit gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere der aus der DE 10 2006 031 718 A1 bekannten Vorrichtung, erweiterten Einsatzmöglichkeiten anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Lageranordnung umfasst eine Welle, vorzugsweise eine Hohlwelle, auf der ein Lagerinnenring sowie ein diesem benachbarter Geberring angeordnet sind, wobei der Geberring eine Komponente eines Drehwinkelgebers darstellt. Auf dem Lagerinnenring rollen Zylinderrollen als Wälzkörper ab. Der zugehörige Lageraußenring sowie ein diesem benachbarter Zusatzring sind in einem Gehäuseteil befestigt. In dem Zusatzring ist ein mit dem Geberring zusammenwirkender Sensor als weitere Komponente des Drehwinkelgebers gehalten. Das Zylinderrollenlager der Lageranordnung bildet eine Loslagerung, das heißt ermöglicht eine axiale Verschiebung zwischen der Welle und dem Gehäuseteil, wobei der Drehwinkelgeber zur Bereitstellung einer gleichbleibenden Messfunktion bei unterschiedlichen axialen Positionierungen der Welle relativ zum Gehäuseteil ausgebildet ist.
Die Gestaltung der vom Drehwinkelgeber umgebenen Welle als Hohlwelle ermöglicht beispielsweise die Durchführung von Medien, zum Beispiel eines Hydraulikmediums, durch die Welle. Ebenso sind beispielsweise elektrische Leitungen durch die Hohlwelle führbar. Die axiale Verschiebbarkeit der Welle relativ zum Gehäuse unter uneingeschränkter Nutzbarkeit des Drehwinkelgebers ist insbesondere bei Verwendung der Lageranordnung in einer Druckmaschine, beispielsweise einer Offsetdruckmaschine, von Vorteil. Es ist keine Ausgleichskupplung zur Anbindung des Drehwinkelgebers erforderlich. Durch die steife Anbindung des Drehwinkelgebers an die relativ zueinander rotierbaren Teile ist eine hohe Genauigkeit sowie eine exzellente Regelgüte erzielbar.
Der Drehwinkelgeber arbeitet vorzugsweise mit magnetischem oder induktivem Messprinzip. Eine Verschmutzungsempfindlichkeit, wie sie für optische Messsysteme typisch ist, ist damit nicht gegeben. In seinen Abmessungen ist der Drehwinkelgeber auf das benachbarte Wälzlager abgestimmt. Insgesamt kann damit eine einbaufertige, bereits vor dem Einbau einer Funktionsprüfung unterzogene, Einheit bereitgestellt werden. Durch die Anordnung des Drehwinkelgebers direkt neben dem Wälzlager ist der Drehwinkelgeber auf einfache Weise gegen äußere Einflüsse schüttbar.
Die Zylinderrollen bilden vorzugsweise eine zweireihige Wälzlageranordnung. Im Sinne der Erfindung sind auch nadelförmige Wälzkörper als Zylinderrollen zu verstehen. In jedem Fall lässt die Wälzlageranordnung eine Axialverschiebung zwischen Innenring und Außenring zu.
Zur Befestigung des Lagerinnenrings und des Geberrings auf der Welle ist vorzugsweise ein einziges Befestigungselement, insbesondere eine auf die Welle aufgeschraubte Gewindemutter, vorgesehen, wobei der Geberring bevorzugt unmittelbar am Lagerinnenring anliegt.
In analoger Weise liegt der Zusatzring bevorzugt unmittelbar am Lageraußenring an. In diesem Fall sind zur Befestigung der beiden Ringe am Gehäuseteil Schrauben geeignet, welche sowohl den Zusatzring als auch den Lageraußenring durchdringen. Der Außendurchmesser des den Sensor aufnehmenden Zusatzrings stimmt vorzugsweise mit dem Außendurchmesser des Außenrings des Wälzlagers überein.
Die auf dem Geberring angebrachte oder unmittelbar durch diesen gebildete Maßverkörperung ist, in Axialrichtung der Hohlwelle gemessen, vorzugsweise breiter als jeder Wälzkörper des Zylinderrollenlagers.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 eine Lageranordnung mit einem Drehwinkelgeber.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Lageranordnung ist zur Lagerung eines Druckzylinders einer nicht weiter dargestellten Druckmaschine vorgesehen. Eine mit dem Druckzylinder fest verbundene oder einteilig ausgebildete Hohlwelle 2 ist mittels eines Wälzlagers 3 rotierbar in einem Gestellteil 4 der Druckmaschine gelagert, wobei das Wälzlager 3 eine begrenzte axiale Verschiebung der Hohlwelle 2 zulässt, das heißt als Loslager ausgebildet ist. Die gezielte Verschiebbarkeit der Hohlwelle 2 ist beispielsweise für die Registerhaltigkeit bei mehreren, zusammenwirkenden Farbdruckvorrichtungen von Bedeutung. Ein Mechanismus zur axialen Verschiebung der Hohlwelle 2 ist in 1 nicht dargestellt. Prinzipiell ist ein solcher Mechanismus beispielsweise aus der DE 10 2006 007 581 A1 bekannt.
Das Wälzlager 3 ist als zweireihiges Zylinderrollenlager ausgebildet und weist einen drehfest auf die Hohlwelle 2 aufgesetzten Innenring 5, eine Anzahl Zylinderrollen 6 als Wälzkörper, sowie einen Außenring 7 auf, welcher im Gestellteil 4 befestigt ist. Zur Befestigung des Außenrings 7 sind Schrauben 8 vorgesehen, welche durch einen am Außenring 7 anliegenden Zusatzring 9 sowie durch den Außenring 7 gesteckt und im Gestellteil 4 festgeschraubt sind.
Der Zusatzring 9 hat denselben Außendurchmesser wie der Außenring 7, jedoch einen geringeren Innendurchmesser. Radial innerhalb des unmittelbar am Außenring 7 anliegenden Zusatzrings 9 befindet sich ein Geberring 10, welcher den Innenring 5 kontaktiert und wie dieser drehfest auf der Hohlwelle 2 angeordnet ist. Der Geberring 10 trägt eine Maßverkörperung 11, welche zusammen mit einem im Zusatzring 9 angeordneten Sensor 12 einen Drehwinkelgeber 13 bildet. Der Sensor 12 ist über ein außerhalb des Zusatzrings 9 angeordnetes Verbindungselement 14, beipielsweise einen Steckverbinder, elektrisch an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit anschließbar.
Innerhalb des Zusatzrings 9 sind mindestens ein Sensorelement 15 sowie eine an dieses angeschlossene, in eine Vergussmasse 16 eingebettete Verstärkerelektronik 17 als Komponenten des Sensors 12 angeordnet. Die Verstärkerelektronik 17 kann zur Verstärkung von Messimpulsen, zur Pegelanpassung und als Leitungstreiber dienen. Mehrere Sensorelemente 15 können in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, beispielsweise um 180° gegeneinander versetzt, im Zusatzring 9 angeordnet sein, um die Auflösung des Drehwinkelgebers 13 zu erhöhen und/oder eine Kompensation eines Exzentritätsfehlers zu ermöglichen. Der durch den Sensor 12 abgetastete Geberring 10 ist zusammen mit dem Innenring 5 mittels einer auf einen die Hohlwelle 2 verlängernden Wellenzapfen 18 aufgeschraubten, als Präzisionsmutter gefertigten Gewindemutter 19 auf der Hohlwelle 2 befestigt.
Der Drehwinkelgeber 13 arbeitet als induktives oder magnetisches Messsystem. Im Fall eines induktiven Messprinzips beträgt die beispielsweise durch eine Zahnstruktur gebildete Teilungsbreite, das heißt der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden, gleichartigen Markierungen, vorzugsweise zwischen 500 μm und 3 mm. Eine Abtastung einer Teilungsstruktur des Drehwinkelgebers 13 kann auch per Wirbelstrommessung erfolgen.
Im Fall eines magnetischen Messprinzips beträgt die magnetische Polbreite vorzugsweise mindestens 100 μm und maximal 2 mm. Eine induktive Messung basiert ebenso wie eine magnetische Messung vorzugsweise auf einer inkrementalen Erfassung einer durch die Maßverkörperung 11 gegebenen Teilungsstruktur. Zusätzlich zu gleichmäßig über den Umfang verteilten magnetischen Polen beziehungsweise Nuten oder ähnlichen Strukturen ist vorzugsweise eine Referenzmarke zur Bestimmung einer Null- oder Referenzlage am Geberring 10, nämlich seitlich neben der auch als Inkrementalspur bezeichneten Maßverkörperung 11, angebracht.
Der die Maßverkörperung 11 tragende Geberring 10, auch als Messring bezeichnet, ist beispielsweise aus Wälzlagerstahl 100Cr6, aus einem sonstigen Stahl oder aus einem Nichteisenmetall gefertigt. Alternativ kann der Geberring 10 vollständig aus einem hartmagnetischen Material, beispielsweise Strontium-Ferrit, SmCo, oder NdFeB hergestellt sein, wodurch die Maßverkörperung 11 untrennbarer Bestandteil des Geberrings 10 wird. Geeignete Herstellungsverfahren für einen solchen die Maßverkörperung 11 bildenden Geberring 10 sind Pressen und Sintern. Ebenso kommt Spritzgießen in Betracht, wenn das hartmagnetische Material in Form von feinem Pulver mit einer Spritzgussmasse gemischt ist.
Bei Ausführungsformen, in denen die Maßverkörperung 11 vom Geberring 10 unterscheidbar ist, wie in 1 dargestellt, wird die Maßverkörperung 11 beispielsweise in Form einer auf den Geberring 10 aufgeklebten Folie, welche hartmagnetisches Füllmaterial enthält, bereitgestellt. Ebenso ist es möglich, hartmagnetisches Material wie Kobalt galvanisch auf den Geberring 10 aufzubringen. Ferner ist die Maßverkörperung 11 herstellbar, indem ein mit einem hartmagnetischen Pulver gemischter Kunststoff oder ein sonstiges hartmagnetische Bestandteile enthaltendes Material in eine umlaufende Nut auf der Oberfläche des Geberrings 10 gefüllt wird. Die Schichtdicke der hartmagnetische Eigenschaften aufweisenden Maßverkörperung 11 beträgt in diesem Fall beispielsweise mindestens 0,03 mm und höchstens 3 mm. Eine Maßverkörperung kann auch in Form einer genuteten Scheibe, ähnlich einer Verzahnung oder eines Zahnrads, gestaltet sein.
Unabhängig von der Art der Herstellung der Maßverkörperung 11 hat diese eine in axialer Richtung der Hohlwelle 2 gemessene Breite, welche die in derselben Richtung gemessene Breite der einzelnen Zylinderrollen 6 übersteigt. Eine Axialverschiebung der Hohlwelle 2 relativ zum Gestellteil 4 hat, sofern ein zulässiger Verschiebebereich nicht überschritten wird, keinen Einfluss auf die Funktion des Drehwinkelgebers 13. Der Geberring 10 sowie der Zusatzring 9 können jeweils aus Ringsegmenten zusammengesetzt sein, um die genannten Komponenten 9, 10 des Drehwinkelgebers 13 auf einfache Weise, ohne Abbau zahlreicher weiterer Teile, austauschen zu können. Hierbei bilden die Ringsegmente des Zusatzrings 9 nicht notwendigerweise einen vollständigen Ring. Im Extremfall reicht pro Sensorelement 15 ein einziges, schmales Ringsegment zu dessen Halterung aus.

1: Lageranordnung
2: Welle
3: Wälzlager
4: Gestellteil
5: Innenring
6: Zylinderrolle
7: Außenring
8: Schraube
9: Zusatzring
10: Geberring
11: Maßverkörperung
12: Sensor
13: Drehwinkelgeber
14: Verbindungselement
15: Sensorelement
16: Vergussmasse
17: Verstärkerelektronik
18: Wellenzapfen
19: Gewindemutter

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 102006031718 A1 [0002, 0002, 0003]
- DE 102006007581 A1 [0013]

Claims

Lageranordnung (1) mit Drehwinkelgeber (13), umfassend – eine Welle (2), – einen auf der Welle (2) angeordneten Lagerinnenring (5), – einen dem Lagerinnenring (5) benachbarten Geberring (10), – eine Anzahl auf dem Lagerinnenring (5) angeordneter Zylinderrollen (6), – einen die Zylinderrollen (6) umgebenden Lageraußenring (7), – einen dem Lageraußenring (7) benachbarten Zusatzring (9), – ein Gestellteil (4), in welchem der Lageraußenring (7) und der Zusatzring (9) fixiert sind, – einen im Zusatzring (9) angeordneten, mit dem Geberring (4) zusammenwirkenden Sensor (12), wobei die Lagerringe (5, 7) zusammen mit den Zylinderrollen (6) eine Loslagerung bilden und der Geberring (10) zusammen mit dem Sensor (12) eine gleichbleibende Messfunktion bei unterschiedlichen axialen Positionierungen der Welle (2) relativ zum Gestellteil (4) bereitstellt.
Lageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberring (10) eine magnetische Maßverkörperung (11) aufweist.
Lageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberring (10) eine induktiv abtastbare Maßverkörperung (11) aufweist.
Lageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) als Hohlwelle ausgebildet ist.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderrollen (6) zwei Wälzkörperreihen bilden.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Befestigungselement (19) zur Befestigung des Lagerinnenrings (5) und des Geberrings (10) auf der Welle (2) vorgesehen ist.
Lageranordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Befestigungselement (19) eine auf die Welle (2) aufgeschraubte Gewindemutter vorgesehen ist.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Geberring (10) unmittelbar am Lagerinnenring (5) anliegt.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzring zusammen mit dem Lageraußenring mittels den Zusatzring sowie den Lageraußenring durchdringender Schrauben (8) am Gestellteil (4) befestigt ist.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzring (9) unmittelbar am Lageraußenring (7) anliegt.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzring (9) segmentartig ausgebildet ist.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzring (9) und der Lageraußenring (7) einen identischen Außendurchmesser aufweisen.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßverkörperung (11) in Axialrichtung der Welle (2) breiter als eine Zylinderrolle (6) ist.
Verwendung einer Lageranordnung (1) nach Anspruch 1 in einer Druckmaschine.