DE102011005931A1

DE102011005931A1 - Wälzlager und Vorrichtung zur Beeinflussung von an dem Wälzlager auftretenden Unwuchten

Info

Publication number: DE102011005931A1
Application number: DE102011005931A
Authority: DE
Inventors: Sven Lautner; Tsche-Hyun Park; Bernd Dehner; Rainer Messerschmidt; Holger Grieser; Armin Necker; Markus Mantau; Thorsten Schlegel; Jürgen Döppling; Andreas Klauda
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (10) mit mindestens einem Innenring (12) und einem Außenring (14), zwischen denen Wälzkörper (16) angeordnet sind, und bei dem wenigstens ein Lagerring (12, 14) mindestens einen radial umlaufenden, ringförmigen Hohlraum (26) aufweist. Gemäß der Erfindung ist bei diesem Wälzlager außerdem vorgesehen, dass der mindestens eine Hohlraum (26) zumindest teilweise mit einem Schüttgut (28) gefüllt ist, wobei die Partikel (40) des Schüttguts (28) einen Durchmesser von 0,25 mm bis 25,0 mm aufweisen, und bei dem der Aggregatzustand des Schüttguts (28) im Wesentlichen unabhängig von Änderungen der Betriebsbedingungen des Wälzlagers (10) ist. Mithilfe der Partikel (40) des Schüttgutes (28) lassen sich sowohl statische als auch dynamische Eigenschaften des Wälzlagers (10) verändern. So lassen sich beispielsweise statische Eigenschaften des Wälzlagers (10), insbesondere dessen Lasttragfähigkeit, erheblich erhöhen, wenn das Schüttgut (28) den Hohlraum (26) vollständig ausfüllt. Darüber hinaus können dynamische Eigenschaften des Wälzlagers (10), wie zum Beispiel eine bestehende Unwucht, automatisch zumindest teilweise kompensiert werden, wenn der Hohlraum (26) nur teilweise mit dem Schüttgut (28) aufgefüllt ist. Die Fähigkeit des Wälzlagers (10) zur Selbstkompensation einer Unwucht kann mit einer diesbezüglichen Vorrichtung durch den Einsatz mindestens eines Magneten (44) auch geregelt, eingeschaltet oder abgeschaltet werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit mindestens einem Innenring und einem Außenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, und bei dem wenigstens ein Lagerring mindestens einen radial umlaufenden, ringförmigen Hohlraum aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Beeinflussung von an dem Wälzlager auftretenden Unwuchten
Hintergrund der Erfindung
Die DE 10 2004 015 176 A1 offenbart ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen kugelförmige Rollkörper umlaufen. Der Außenring und der Innenring sind jeweils hohl ausgeführt, wobei eine Querschnittsgeometrie des jeweiligen ringförmigen Hohlraumes in etwa rechteckförmig ist. Die Hohlräume sind unter anderem zur Aufnahme einer Füllung aus Öl oder Natrium bestimmt. Insbesondere eine Füllung mit Natrium erlaubt eine wirkungsvolle Wärmeableitung aus dem Lager, da sich das Natrium bei einer Erhöhung der Lagertemperatur verflüssigt und hierbei eine große Wärmemenge aufnimmt. Hierdurch kann das Lager auch in Anwendungsbereichen mit hohen Umgebungstemperaturen, wie zum Beispiel in Industriebacköfen, eingesetzt werden, ohne eine nennenswerte Herabsetzung der Lebensdauer durch eine temperaturbedingte Beeinträchtigung der Schmierwirkung des Lagerfettes befürchten zu müssen.
Die DE 10 2005 019 482 A1 offenbart ferner ein leichtes Kegelrollenlager mit einer Vielzahl von zwischen einem hohlen Außenring und einem hohlen Innenring aufgenommenen und von einem Käfig auf Distanz zueinander gehaltenen Wälzkörpern. Der Außenring und der Innenring sind zur Gewichtsreduktion mit einem Blechteil unter Schaffung jeweils eines Hohlraums gebildet. Die Querschnittsgeometrie der Ringe weist eine derartige Formgebung auf dass die Wälzkörper in ihrer axialen Lage gesichert sind. Jeweils zwei Endabschnitte eines Blechteils sind stoffschlüssig unter Schaffung einer umlaufenden Fügenaht zur Ausbildung der hermetisch abgeschlossenen Hohlräume zusammengefügt. In die Hohlräume ist bevorzugt vollständig eine Füllung eingebracht, die aus einem Metallpulver oder einem Kunststoffgranulat bzw. einem Kunststoffpulver gebildet sein kann. Durch die Füllung wird vor allem die Lasttragfähigkeit des Kegelrollenlagers erhöht. Das Einbringen der Füllung geschieht durch eine Einfüllöffnung, die nach dem Füllprozess verschlossen wird. Um eine Erhöhung der Belastbarkeit zu erreichen, kann erforderlichenfalls ein sinterfähiges Metallpulver in die Hohlräume der Ringe eingebracht werden, das während des in der Regel bei hohen Temperaturen erfolgenden Härtevorgangs des Lagers zu einem Festkörper verbackt.
Aus der DE 10 2006 030 163 A1 ist ferner eine Einrichtung mit einer Unwuchtausgleichscheibe zum selbsttätigen Auswuchten bekannt. Die Scheibe ist mit zwei fest durch Umbördeln miteinander verbundenen Halbschalen aufgebaut, die einen hermetisch abgeschlossenen, ringförmigen Hohlaum bilden. In diesem Hohlraum können sich die bevorzugt kugelförmigen Ausgleichsmessen auf zwei kreisförmigen, konzentrischen sowie rillenartigen Laufbahnen rollend frei bewegen. Das selbsttätige Ausgleichen einer etwaigen Unwucht erfolgt durch die freibeweglichen Kugeln, die automatisch eine Gegenlage zu der Unwucht einnehmen und hierdurch die Unwucht zumindest teilweise kompensieren. Zur Dämpfung ist der ringförmige, mittels Dichtungen abgedichtete Hohlraum mit einer hochviskosen Flüssigkeit, wie zum Beispiel Öl befüllt. Infolge der zweireihigen Anordnung der Ausgleichsmassen ergibt sich eine verbesserte Auswuchtwirkung.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität von hergebrachten Wälzlagern durch hohl ausgestaltete Laufringe, in die zumindest teilweise eine Füllung aus einem geeigneten Material eingebracht ist, zu erweitern.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein konventionelles Wälzlager mit massivem Innen- und Außenring üblicherweise keine über die eigentliche Lastübertragung zwischen sich drehenden Maschinenteilen hinausgehende Funktionalität übernehmen kann.
Vor diesem Hintergrund geht die aus von einem Wälzlager mit mindestens einem Innenring und einem Außenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, und bei dem wenigstens ein Lagerring mindestens einen radial umlaufenden, ringförmigen Hohlraum aufweist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der mindestens eine Hohlraum zumindest teilweise mit einem Schüttgut gefüllt ist, wobei die Partikel des Schüttguts einen Durchmesser von 0,25 mm bis 25,0 mm aufweisen, und bei dem der Aggregatzustand des Schüttguts im Wesentlichen unabhängig von Änderungen der Betriebsbedingungen des Wälzlagers ist Grundsätzlich erlaubt das Schüttgut in den hohlen Ringen des Wälzlagers die Realisieung neuer Eigenschaften, die mit herkömmlichen Wälzlagern mit massiven, insbesondere metallischen Laufringen entweder überhaupt nicht oder nur unter erheblichen Erschwernissen erreichbar sind. Das Schüttgut kann aus metallischen Materialien, aus mineralischen Materialien und/oder aus Kunststoffmaterialien gebildet sein. Das die Füllung des Hohlraums bildende Schüttgut verändert seinen Aggregatzustand unter den normalen Betriebsbedingungen des Wälzlagers nicht und verbleibt daher permanent im festen und schüttfähigen Aggregatzustand.
Sowohl der Außen- als auch der Innenring des erfindungsgemäßen Wälzlagers sind bevorzugt aus einem metallischen Material gebildet. Dasselbe gilt für die zwischen den Ringen aufgenommenen massiven Wälzkörper und einen gegebenenfalls vorhandenen Wälzkörperkäfig zur gleichmäßigen Beabstandung der Wälzkörper untereinander. Alternativ dazu können sowohl die Ringe als auch die Wälzkörper einschließlich des Wälzkörperkäfigs zumindest teilweise aus einem Kunststoffmaterial gebildet sein.
Das erfindungsgemäße Wälzlager kann zum Beispiel als Kugellager, als Rollenlager, als Kugelrollenlager, als Kegelrollenlager, als Nadellager oder als Pendelrollenlager jeweils einreihig oder mehrreihig ausgeführt sein. Eine Korngröße des eingesetzten Schüttgutes variiert in einem Bereich von 0,25 mm bis zu 25,0 nun, wobei eine Raumform der Partikel beliebig ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wälzlagers sieht vor, dass statische und/oder dynamische Eigenschaften des Wälzlagers durch die Menge, die Eigenschaften und Abmessungen der genutzten Partikel bestimmt sind.
Wird der mindestens eine Hohlraum im Außenring und/oder im Innenring des Wälzlagers zum Beispiel vollständig mit dem Schüttgut befüllt, verbessern sich die statischen Eigenschaften des Wälzlagers, da sich die Lasttragfähigkeit des hohlen Außenrings und/oder Innenrings im Verhältnis zu nicht gefüllten Laufringen erheblich steigern lässt. Zur Verbesserung der statischen Eigenschaften, insbesondere zur Erhöhung der Lasttragfähigkeit des Wälzlagers, ist das Schüttgut bevorzugt aus einem mechanisch hinreichend belastbaren, jedoch leichtgewichtigen Kunststoffmaterial gebildet. Das Schüttgut zur Erhöhung der Lasttragfähigkeit des Wälzlagers ist bevorzugt mit vielkantigen und Partikeln gebildet, die eine von der Kugelform abweichende Geometrie aufweisen, um insbesondere ein Verrutschen von Partikeln innerhalb des Schüttgutes bei hohen Lasten zu verringern.
Wird der mindestens eine Hohlraum im Außenring und/oder gegebenenfalls auch mindestens ein Hohlraum im Innenring nur teilweise mit dem Schüttgut befüllt, so lassen sich hingegen die dynamischen Eigenschaften des Wälzlagers beeinflussen.
Besteht beispielsweise eine unerwünschte Unwucht, so kann diese durch das im Hohlraum frei bewegliche Schüttgut zumindest teilweise kompensiert werden. Bei diesem Ausgleichsvorgang wandert das Schüttgut selbsttätig in eine Gegenlage zur vorhandenen Unwucht. Dieser Bereich der Gegenlage, in dem das Schüttgut nach der Beendigung des automatischen Unwuchtkompensationsvorgangs im Wesentlichen lokalisiert ist, ist in Bezug zur Rotations- bzw. Längsachse des Wälzlagers um 180° (diametral) zur Unwucht versetzt anzutreffen.
Zur Optimierung der Selbstauswuchtungsfähigkeit des Wälzlagers kommt für diesen Anwendungsfall vorzugsweise ein Schüttgut mit einer hohen Masse, insbesondere ein mit einem metallischen Material gebildetes Schüttgut zum Einsatz. Hier sind insbesondere Metalle oder Metalllegierungen mit einer hohen Dichte zu bevorzugen. Grundsätzlich ist es sowohl zur Beeinflussung der statischen als auch zur Steuerung der dynamischen Eigenschaften des Wälzlagers möglich, metallische Materialien mit Kunststoffmaterialien zu kombinieren oder jeweils ausschließlich einzusetzen.
Eine weitere Ausgestaltung des Wälzlagers sieht vor, dass die Partikel magnetisch beeinflussbar sind. Das Schüttgut umfasst in dieser Ausführungsform vorzugsweise magnetisch gut beeinflussbare Partikel, wie zum Beispiel Eisenspäne, Eisenkugeln, Eisengranulat oder dergleichen. Anstelle von magnetischen Eisen- oder Stahllegierungen können auch andere gut magnetisch wechselwirkende Metalle oder Metalllegierungen zum Einsatz kommen.
Zur Beeinflussung der Partikel wird bevorzugt mindestens ein Elektromagnet im Bereich des Außenrings und/oder des Innenrings des Wälzlagers angeordnet. Durch das Bestromen des Elektromagneten werden die magnetisch beeinflussbaren Partikel mit einer Kraft angezogen und deren freie Beweglichkeit innerhalb des oder der Hohlräume zumindest eingeschränkt. Somit können die Partikel nicht mehr automatisch eine Gegenposition in dem mindestens einen Hohlraum zum Ausgleich der Unwucht einnehmen. Hierdurch ist es möglich, die integrale Fälligkeit des Wälzlagers zur Selbstauswuchtung auf einfache Art und Weise abzuschalten oder wieder einzuschalten.
Durch eine stufenlose Variation der Stromstärke im Elektromagneten kann darüber hinaus die Stärke des Selbstauswuchtungseffektes stetig beeinflusst werden. Zur stufenlosen Änderung und/oder Regelung der Stromstärke muss eine geeignete Ansteuerelektronik für den mindestens einen Elektromagneten vorgesehen sein.
Der Elektromagnet kann integraler Bestandteil des Außenrings und/oder des Innenrings sein und zum Beispiel in eine Außenfläche bzw. eine Außenwandung des Außenrings integriert sein. In Abhängigkeit von der räumlichen Position des Elektromagneten am Wälzlager und der konkreten Einbausituation des Wälzlagers kann zwischen diesem und dem Außenring im Lagerbetrieb eine Relativbewegung auftreten. Beispielsweise wird der Außenring in Bezug zum ortsfesten Magneten stillstehen, so dass zwischen beiden Komponenten keine Relativbewegung auftritt.
Weiterhin kann in Abhängigkeit von der Einbausituation des Wälzlagers bei bestromtem Elektromagneten eine Relativbewegung zwischen dem Schüttgut und dem sich gegebenenfalls drehenden Außenring auftreten, wenn der Elektromagnet in Bezug zu diesem stillsteht.
Anstelle eines Elektromagneten kann beispielsweise auch mindestens ein Permanentmagnet eingesetzt werden, der zur Abschaltung oder Regelung der Selbstauswuchtung des Wälzlagers zeitweise an dieses herangeführt wird.
Gemäß einer weiteren Fortbildung des Wälzlagers ist vorgesehen, dass die Partikel im Wesentlichen kugelförmig sind. Hierdurch ergibt sich eine begrenzte Fließfähigkeit des Schüttgutes, wodurch unter anderem die Fähigkeit des Wälzlagers zur Selbstauswuchtung verbessert und Verschleißerscheinungen infolge von Reibungseffekten zwischen dem Schüttgut und dem mindestens einen Hohlraum minimiert werden. Darüber hinaus lassen sich kugelförmige Partikel einfacher in die Hohlräume des Wälzlagers einfüllen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Raumform der Partikel von der Kugelform abweicht Hierdurch wird unter anderem eine preiswerte Füllung des Wälzlagers ermöglicht, da für das Schüttgut beispielsweise auf recycelte Metallmaterialien zurückgegriffen werden kann. Das Schüttgut kann zum Beispiel aus Sand, Eisenspänen, Eisengranulat oder einer Mischung derselben gebildet sein, wobei die Partikel in der Regel eine Vielzahl von unregelmäßigen, rein zufälligen Raumformen mit unterschiedlichen Kantenanordnungen aufweisen. Die Häufigkeit der unterschiedlichen Raumformen und Kantenanordnungen folgt hierbei lediglich statistischen Beziehungen. Insbesondere scharfkantige Partikel sind zur Erhöhung der Lasttragfähigkeit des Wälzlagers geeignet, da sich diese untereinander verhaken und leicht zu einer mechanisch hoch belastbaren Füllung dauerhaft verdichten lassen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Wälzlagers ist vorgesehen, dass das Schüttgut aus Partikeln mit insbesondere mindestens zwei unterschiedlichen Größen gebildet ist. Dies ermöglicht es, unter anderem die Packungsdichte der Partikel im Hohlraum durch ein besseres Ausfällen der ansonsten vorhandenen Zwischenräume innerhalb des Schüttgutes zu erhöhen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Lagerring mit dem mindestens einen Hohlraum mindestens eine Einfüllöffnung zum Einbringen des Schüttgutes aufweist. Diese Einfüllöffnung erlaubt das einfache Befüllen des hohl ausgebildeten Außenrings bzw. Innenrings vorzugsweise nach dessen Fertigstellung. Hierdurch ist es nicht erforderlich, das Schüttgut bereits während des Herstellungsprozesses der Laufringe in diese einzubringen. Nach dem Abschluss des Füllvorgangs wird die mindestens eine Einfüllöffnung hermetisch versiegelt. Dies kann beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen erfolgen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Wälzlagers sieht vor, dass der mindestens eine Lagerring mit dem mindestens einen Hohlraum aus einem umgeformten Hohlzylinder, beispielsweise aus einem Rohrabschnitt gebildet ist.
Infolge dieser Ausgestaltung ist eine einfache, kostengünstige und insbesondere großserientaugliche Herstellung der Lagerringe des Wälzlagers möglich. Zur Herstellung eines solchen hohlen Lagerrings wird zum Beispiel ein Rohrabschnitt bzw. ein Hohlzylinder mit geeigneter Länge und Wandstärke zu einem Torus umgeformt. Die nach dem Umformprozess zueinander weisenden gegenüberliegenden Enden des Rohrabschnittes werden dann unter Schaffung eines hermetisch dichten Hohlraums zusammengefügt. Dies kann durch beliebige thermische Fügeverfahren, wie zum Beispiel Schweißen oder Löten erfolgen. Im Anschluss daran kann die Querschnittsgeometrie des Torus durch einen weiteren Umformvorgang in die erforderliche, beispielsweise näherungsweise rechteckförmige Querschnittsgeometrie gebracht werden. Um insbesondere ein unkontrolliertes Einknicken des Rohrabschnittes beim ersten Umformprozess zum Torus zu vermeiden, kann das Schüttgut bereits vorab in den Rohrabschnitt eingebracht werden. In diesem Fall sind keine Einfüllöffnungen mehr notwendig.
Alternativ dazu kann als Ausgangsmaterial auch gleich ein Rohrabschnitt mit einer der Sollgeometrie entsprechenden, von der Kreisform abweichenden Querschnittsgeometrie genutzt werden. Abschließend wird die mindestens eine, bevorzugt zylindrische Einfüllöffnung in den so gebildeten Außen- bzw. Innenring zum Beispiel durch Bohren eingebracht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Hohlraum in dem mindestens einen Lagerring eine im Wesentlichen rechteckförmige Querschnittsgeometrie aufweist. Hierdurch wird ein Einsatz von Wälzkörpern mit einer in der Wälzlagertechnik üblicherweise eingesetzten Standardbauform, wie zum Beispiel der Kugelform, der Zylinderform bzw. der Rollenform, der Kegelform oder der Tonnenform möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung an einer bevorzugten Ausführungsform weiter erläutert. Darin zeigt
1 eine schematische Längsschnittsdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Wälzlager mit einem hohlem Außenring, der teilweise mit einem Schüttgut gefüllt ist, und
2 eine vergrößerte Darstellung des Zeichnungsausschnittes II aus 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 10 in einer schematischen Längsschnittsdarstellung. Das Wälzlager 10 umfasst unter anderem einen Innenring 12 und einen Außenring 14, zwischen kugelförmige Wälzkörper 16 angeordnet sind. Der Innenring 12 ist auf einem Wellenabschnitt 18 drehfest aufgeschoben und die Wälzkörper 16 rollen auf leicht konkaven Laufflächen 20, 22 der Lagerringe 12, 14 ab. Das Wälzlager 10 ist rotationssymmetrisch zu einer Längsachse 24 aufgebaut Zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen den Wälzkörpern 16 kann ein nicht dargestellter Wälzkörperkäfig vorgesehen sein.
Der Außenring 14 verfügt über einen ringförmigen Hohlraum 26, der erfindungsgemäß mit einem Schüttgut 28 teilweise befüllt ist. Der Hohlraum 26 weist, abgesehen von den Bereichen der leicht konkav ausgebildeten Innenring- und Außenringlaufflächen 20 bzw. 22, eine näherungsweise rechteckfömige Querschnittsgeometrie auf. In den Außenring 14 ist eine Einfüllöffnung 30 ausgebildet, mittels der das Schüttgut 28 in den Hohlraum 26 eingebracht werden kann. Nach dem Abschluss des Einfüllvorgangs wird die Einfüllöffnung 30 mittels einer geeigneten Methode, zum Beispiel durch Kleben, Löten oder Schweißen, hermetisch dicht versiegelt.
Die Partikel 40 des Schüttgutes 28 können sich während des Betriebs des Wälzlagers 10 weitgehend frei im Hohlraum 26 bewegen. Im Normalfall wirken hierbei auf die Partikel hauptsächlich die Zentrifugalkraft, Reibungskräfte sowie die Schwerkraft ein. Das Schüttgut 28 kann beispielsweise aus einer Vielzahl von kugelförmigen Partikeln 40 gebildet sein. Das Schüttgut 28 kann gleichfalls mit Partikeln mit einer dreidimensionalen Formgebung gebildet sein, deren Raumform von der Kugelform abweicht und die eine Vielzahl von unregelmäßigen Kanten aufweist. Die Partikel 40 können aus metallischen Materialien, aus Kunststoffmaterialien, aus mineralischen Stoffen oder einer Kombination von mindestens zwei dieser Stoffgruppen gebildet sein. Das Schüttgut 28 kann zum Beispiel auch mit Sand oder mit Quarzmehl gebildet sein. Alternativ dazu kann das Schüttgut 28 beispielsweise auch aus granulierter Schlacke bestehen. Eine Korngröße der das Schüttgut bildenden Partikel liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,25 mm und 25,0 mm.
Zur Optimierung der statischen Eigenschaften des Wälzlagers 10, insbesondere zur Erhöhung der Lasttragfähigkeit, ist es erforderlich den Außenring, abweichend von der Darstellung in 1, vorzugsweise vollständig mit dem Schüttgut 28 aufzufüllen. In dieser Konstellation sollte das Schüttgut 28 aus Partikeln gebildet sein, die eine von der Kugelform abweichende, insbesondere scharfkantige bzw. vielkantige räumliche Geometrie aufweisen, um das Verhaken der Partikel untereinander zu unterstützen. Infolge der sich untereinander verhakenden Partikel entsteht ein mechanisch hoch belastbares und dauerhaft verdichtbares Schüttgut 28, das die statischen Eigenschaften des Wälzlagers 10 signifikant verbessert.
Die hier exemplarisch gezeigte teilweise Auffüllung des Hohlraums 26 mit dem Schüttgut 28 ermöglicht hingegen vorrangig die Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Wälzlagers 10, insbesondere das selbsttätige Ausgleichen einer etwaig vorhandenen Unwucht. Hierbei bewegen sich die Partikel 40 des Schüttgutes 28 im ringförmigen Hohlraum 26 selbsttätig in eine der Unwucht gegenüberliegende, nicht eingezeichnete Gegenlage, wodurch eine zumindest teilweise Kompensation der Unwucht eintritt. Diese Gegenlage bzw. dieser Gegenlagenbereich, in dem sich die frei im Hohlraum 26 beweglichen Partikel 40 des Schüttgutes 28 ansammeln, befindet sich hierbei in Bezug zur Längsachse 24 des Wälzlagers 10 im Wesentlichen in einer um 180° zu der Unwucht versetzten Stellung.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist der Innenring 12 massiv ausgebildet und beispielsweise aus einem metallischen Material oder einer Metalllegierung hergestellt. Alternativ dazu kann der Innenring 12 jedoch entsprechend der Ausgestaltung des Außenringes 14 gleichfalls einen Hohlraum aufweisen, in den zumindest teilweise das Schüttgut 28 eingebracht ist.
Die 2 zeigt den Zeichnungsausschnitt II gemäß der 1 in einer stark vergrößerten Ansicht. Die Wälzkörper 16 sind zwischen dem Innenring 12 und dem Außenring 14 aufgenommen. Die Einfüllöffnung 30 ist im Vergleich zum Zustand in der 1 bereits hermetisch dicht verschlossen. Die teilweise Schüttgutfüllung des Hohlraums 26 ist aus einer Vielzahl von hier kugelförmigen und zudem magnetisch beeinflussbaren Partikeln 40 gebildet, die im Ruhezustand des Wälzlagers 10 statistisch zufällig im Hohlraum 26 verteilt sind. Abweichend von den in 2 lediglich exemplarisch dargestellten kugelförmigen Partikeln 40 können die Partikel 40 jede von der Kugelform abweichende geometrische Formgebung aufweisen. Da der Hohlraum 26 hier lediglich teilweise mit den Partikeln 40 angefüllt ist, kann das Wälzlager 10 selbsttätig eine etwaige Unwucht im Idealfall vollständig kompensieren. Hierdurch verlagern sich die Partikel 40 des Schüttgutes 28 innerhalb des Hohlraums 26 automatisch in eine der Unwucht gegenüberliegende, nicht eingezeichnete Gegenlage bzw. in einen Gegenlagenbereich.
Um die Fähigkeit des Wälzlagers 10 zur Selbstauswuchtung erforderlichenfalls zu regeln oder auch abschalten zu können, ist im Bereich einer radialen Außenfläche 42 des Außenrings 14 ein Elektromagnet 44 angeordnet Um die Anziehungskraft des Elektromagneten 44 nutzen zu können, ist es erforderlich, dass die Partikel 40 aus einem Material gebildet sind, das in ausreichendem Maße magnetisch beeinflussbar ist. Für diesen Anwendungsfall sind beispielsweise magnetische Eisenkugeln oder Stahlkugeln mit einem Durchmesser zwischen 0,25 mm und 25,0 mm geeignet, die mit einer starken mechanischen Kraft vom Elektromagneten 44 angezogen werden. Alternativ dazu können auch metallische Späne oder dergleichen Verwendung finden, sofern diese über eine hinreichende magnetische Beeinflussbarkeit verfügen.
Der Elektromagnet 44 ist hier exemplarisch mit einem U-förmigen Kern 46 zur Führung und Konzentration des Magnetfeldes gebildet, auf den eine Wicklung 48 mit nicht bezeichneten elektrischen Anschlusskontakten aufgebracht ist. Wird die Wicklung 48 des Elektromagneten 44 bestromt, so werden die Partikel 40 von diesem mit einer mechanischen Kraft gemäß dem in 2 eingezeichneten Pfeil angezogen und in ihrer Beweglichkeit im Hohlraum 26 im Wesentlichen auf den Einwirkungsbereich des Elektromagneten 44 beschränkt. Eine selbsttätige Kompensation einer etwaigen Unwucht ist dann nicht mehr möglich, d. h. die Fälligkeit zum selbsttätigen Unwuchtausgleich des Wälzlagers 10 geht verloren und ist quasi ausgeschaltet.
Wird der Elektromagnet 44 stromlos geschaltet, so können sich die Partikel 40 wieder frei im Hohlraum 26 bewegen und eine der etwaigen Unwucht gegenüberliegende Gegenposition zur selbsttätigen und gegebenenfalls nur unvollkommenen Kompensation der Unwucht einnehmen. Viel wichtiger als die technisch mögliche Abschaltung des selbsttätigen Unwuchtausgleichs ist daher die Beeinflussbarkeit des Auswuchtvorgangs durch Regelung der Stromstärke bzw. der dadurch erzeugten Magnetkraft F des Elektromagneten 44.
Die Anordnung des Elektromagneten 44 am Außenring 14 kann abweichend von der in 2 lediglich beispielhaft gezeigten Raumanordnung erfolgen, so lange das vom Elektromagneten 44 im bestromten Zustand erzeugte Magnetfeld im Bereich des Hohlraums 26 eine hinreichend hohe Feldstärke erreicht, um die Partikel 40 im Außenring 14 zuverlässig anziehen sowie festhalten zu können und die Selbstauswuchtung damit zu beeinflussen oder ganz zu beenden. Um eine ausreichende Durchsetzung des Außenrings 14 vom Magnetfeld zu gewährleisten, sollte das Material des Außenrings 14 über einen möglichst geringen magnetischen Widerstand verfügen.
Anstelle des hier beispielhaft gezeigten Elektromagneten 44 kann erforderlichenfalls ein Permanentmagnet zum Einsatz kommen, der zur Abschaltung oder Regelung der Unwuchtkompensation jedoch so angeordnet werden muss, dass sein Abstand zu dem die magnetischen Partikel 40 aufweisenden Lagerring 14 veränderbar ist. Durch die Veränderung des Abstands des Permanentmagneten zum Lagerring wird die Wirkung dessen konstanten Magnetfelds auf das magnetische Schüttgut im Lagerring variiert.
Darüber hinaus können ein, zwei, drei oder eine größere Anzahl von Elektromagneten und/oder Permanentmagneten zur magnetischen Beeinflussung der Partikel 40 des Schüttgutes 28 im Bereich des Außenrings 14 und/oder des Innenrings 12 angeordnet sein. Ferner ist es möglich, den Elektromagneten 44 direkt in oder an den Lagerring zu integrieren. In Abhängigkeit davon, ob sich beispielsweise der Außenring 14 in Bezug zum Elektromagneten 44 in Rotation befindet, was wiederum von der jeweiligen Einbausituation des Wälzlagers 10 in weitere nicht dargestellte Maschinenteile abhängt, kann es zu Relativbewegungen zwischen dem Schüttgut 28, dem Außenring 14 und/oder dem Elektromagneten 44 kommen.
Bezugszeichenliste

10: Wälzlager
12: Innenring
14: Außenring
16: Wälzkörper
18: Wellenabschnitt
20: Innenringlauffläche
22: Außenringlauffläche
24: Längsachse des Wälzlagers
26: Hohlraum des Lagerrings
28: Schüttgut
30: Einfüllöffnung
40: Partikel des Schüttgut
42: Außenfläche am Außenring
44: Magnet, Elektromagnet
46: U-förmiger Kern des Elektromagneten
48: Wicklung des Elektromagneten
F: Magnetkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004015176 A1 [0002]
DE 102005019482 A1 [0003]
DE 102006030163 A1 [0004]

Claims

Wälzlager (10) mit mindestens einem Innenring (12) und einem Außenring (14), zwischen denen Wälzkörper (16) angeordnet sind, und bei dem wenigstens ein Lagerring (12, 14) mindestens einen radial umlaufenden, ringförmigen Hohlraum (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum (26) zumindest teilweise mit einem Schüttgut (28) gefüllt ist, wobei die Partikel (40) des Schüttguts (28) einen Durchmesser von 0,25 mm bis 25,0 mm aufweisen, und bei dem der Aggregatzustand des Schüttguts (28) im Wesentlichen unabhängig von Änderungen der Betriebsbedingungen des Wälzlagers (10) ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass statische und/oder dynamische Eigenschaften des Wälzlagers (10) durch die Menge, die Eigenschaften und die Abmessungen der genutzten Partikel bestimmt sind.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (40) magnetisch beeinflussbar sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (40) im Wesentlichen kugelförmig sind.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Raumform der Partikel (40) von der Kugelform abweicht.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut (28) aus Partikeln (40) mit mindestens zwei unterschiedlichen Größen gebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerring (12, 14) mit dem mindestens einen Hohlraum (26) mindestens eine Einfüllöffnung (30) zum Einbringen des Schüttguts (28) aufweist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lagerring (12, 14) mit dem mindestens einen Hohlraum (26) aus einem umgeformten Hohlzylinder oder Rohrabschnitt gebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum (26) in dem mindestens einen Lagerring (12, 14) eine im Wesentlichen rechteckförmige Querschnittsgeometrie aufweist.
Vorrichtung zur Beeinflussung von an einem Wälzlager auftretenden Unwuchten, gekennzeichnet durch ein Wälzlager (10) mit zumindest einigen Merkmalen der vorherigen Ansprüche, wobei im Bereich zumindest eines Lagerringes (12, 14) ein Magnet (44) angeordnet ist, dessen Magnetfeldeinfluss auf magnetische Partikel (40) in einem Hohlraum (26) des wenigstens einen Lagerrings (14) veränderbar ist.