DE102013211925A1

DE102013211925A1 - brake bearing

Info

Publication number: DE102013211925A1
Application number: DE102013211925.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus Daut; Christoph Ross
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Zur Verhinderung der elektromagnetischen Emission wird ein Bremslager 1 angeben, dessen einer Reibpartner 18 von mindestens einer Lage 20 eines elektro-aktiven Polymers angetrieben wird.To prevent electromagnetic emission, a brake bearing 1 will be indicated, whose friction partner 18 is driven by at least one layer 20 of an electroactive polymer.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung befasst sich mit der Ausbildung von Bremslagern, insbesondere mit Aktuatoren, welche die jeweiligen Reibpartner in körperlichen Kontakt verbringen. The invention is concerned with the formation of brake bearings, in particular with actuators, which spend the respective friction partners in physical contact.

Gattungsmäßige Bremslager sind aus DE 102007013164 bekannt und umfassen einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring, welcher den Lagerinnenring koaxial umgibt. Zwischen den Lagerringen wälzen Wälzkörper auf von den Lageringen bereitgestellten Laufbahnen ab. Um die gegenseitige Verdrehung der beiden Lagerringe zumindest zeitweise auszuschließen, ist eine Bremseinrichtung vorgesehen. Diese Bremseinrichtung wird von einem ersten, dem Lagerinnenring zugeordneten Reibpartner und einem zweiten, dem Lageraußenring zugeordneten Reibpartner und einem Aktuator gebildet, welcher auf einen der Reibpartner unmittelbar wirkt und die beiden Reibpartner zumindest zeitweise in Reibschluss bringt. I. E. ist dies so gelöst, dass im Lagerinnenring ein Elektromagnet als Aktuator vorgesehen ist, welcher die im Reibschluss stehenden Reibpartner bei Anlegen einer Spannung aufhebt, womit die freie gegenseitige Verdrehung von Lagerringen möglich wird. Wird die Bestromung des Elektromagneten unterbrochen, sorgt eine Federanordnung dafür, dass die beiden Reibpartner wieder in Reibschluss kommen und eine gegenseitige Verdrehung ausgeschlossen wird. Generic brake bearings are out DE 102007013164 known and include a bearing inner ring and a bearing outer ring which surrounds the bearing inner ring coaxially. Between the bearing rings rolling elements roll on provided by the bearing rings careers. In order to exclude the mutual rotation of the two bearing rings at least temporarily, a braking device is provided. This braking device is formed by a first friction partner associated with the bearing inner ring and a second friction partner associated with the bearing outer ring and an actuator which acts directly on one of the friction partners and brings the two friction partners into frictional engagement at least temporarily. IE this is solved so that in the bearing inner ring, an electromagnet is provided as an actuator, which repeals the frictionally engaged friction partners when applying a voltage, whereby the free mutual rotation of bearing rings is possible. If the energization of the electromagnet is interrupted, a spring arrangement ensures that the two friction partners again come into frictional engagement and a mutual rotation is precluded.

In der Medizintechnik, insbesondere bei Computertomografen, werden hohe Anforderungen gestellt, die einen Eintrag von externen Magnetfeldern ausschließen. Daher sind Bremslager, deren Aktuatoren elektrische Spulen aufweisen, nur bedingt für Anwendungen in der Medizintechnik einsetzbar. In medical technology, especially in computer tomography, high demands are made, which exclude an entry of external magnetic fields. Therefore, brake bearings whose actuators have electrical coils can only be used to a limited extent for applications in medical technology.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Bremslager anzugeben, deren Aktuatoren keine oder nur vernachlässigbare elektromagnetischen Emissionen verursachen.It is the object of the invention to provide a brake bearing whose actuators cause no or only negligible electromagnetic emissions.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Ausgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 und 3 entnehmbar.This edition is achieved with the features specified in claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the claims 2 and 3 can be removed.

Wird der auf eine der Reibpartner wirkende Aktuator von wenigstens einer Lage eines elektro-aktiven Polymers gebildet, sind die Emissionen eines solchen Aktuators so gering, dass diese Aktuatoren ohne besondere Abschirmmaßnahmen in der Medizintechnik oder ähnlichen – gegenüber elektromagnetischen Emissionen sensiblen – Anwendungen eingesetzt werden können. If the actuator acting on one of the friction partners is formed by at least one layer of an electroactive polymer, the emissions of such an actuator are so low that these actuators can be used without special shielding measures in medical technology or similar applications which are sensitive to electromagnetic emissions.

Eine sehr vorteilhafte und wenig aufwendige Ausbildung ist dann gegeben, wenn jede Lage des elektro-aktiven Polymers einen passiven Elastomerkern aufweist, der zwischen zwei elastischen Elektroden sandwichartig angeordnet ist, und wenn die beiden zu einer Lage gehörenden Elektroden schaltbar mit einer elektrischen Spannung verbunden sind.A very advantageous and less complicated training is given when each layer of the electro-active polymer has a passive elastomer core, which is sandwiched between two elastic electrodes, and when the two belonging to a layer electrodes are connected to a switchable electrical voltage.

Der Einsatz von elektro-aktiven Polymeren in der Form von dielektrischen Elastomeren als Aktuator ist dann besonders einfach, wenn jeder Elastomerkern einer jeden Lage zwei einander gegenüberliegende Randbereiche aufweist, wobei der eine Randbereich mit einem der Lagerringe zusammenwirkt und sich der andere Randbereich an dem Reibpartner abstützt, der dem Aktuator unmittelbar zugeordnet ist. Dies insbesondere deshalb, weil durch die Anordnung die natürliche Bewegung des Elastomerkerns unter wirkender Spannung ohne besondere Umlenkung ausgenutzt wird. The use of electro-active polymers in the form of dielectric elastomers as actuators is particularly simple if each elastomeric core of each layer has two mutually opposite edge regions, one edge region cooperating with one of the bearing rings and the other edge region being supported on the friction partner which is directly associated with the actuator. This is particularly because the arrangement exploits the natural movement of the elastomer core under effective tension without any special deflection.

Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures

Es zeigen: Show it:

1 ein Bremslager im Schnitt; 1 a brake bearing in section;

2a und 2b ein Detail eines Bremslagers; 2a and 2 B a detail of a brake bearing;

3 eine Variante des Aktuators: und 3 a variant of the actuator: and

4 ein Detail eines Aktuators gemäß 3 4 a detail of an actuator according to 3

Detaillierte Beschreibung der Figuren Detailed description of the figures

In 1 ist ein Bremslager 1 im Schnitt oberhalb der Rotationsachse R gezeigt. Dieses Bremslager 1, welches bei einem Computertomografen (nicht gezeigt) Verwendung findet, umfasst einen Lagerinnenring 2, einen Lageraußenring 3 und Wälzkörper 4. Der Lageraußenring 3 umgibt den Lagerinnenring 2 koaxial. Die Wälzkörper 4 sind zwischen dem Lageraußenring 3 und dem Lagerinnenring 2 angeordnet und wälzen auf von den Lagerringen 2, 3 bereitgestellten Laufbahnen 5.1, 5.2 ab. Der Lagerinnenring 2 wird von einer Bohrung 6 durchdrungen, welche geeignet ist, eine Welle 7 aufzunehmen und drehbar gegenüber einer Anschlusskonstruktion 8, in welcher der Lageraußenring 3 drehfest angeordnet, zu lagern. In 1 is a brake bearing 1 shown in section above the axis of rotation R. This brake bearing 1 which is used in a computer tomograph (not shown) comprises a bearing inner ring 2 , a bearing outer ring 3 and rolling elements 4 , The bearing outer ring 3 surrounds the bearing inner ring 2 coaxial. The rolling elements 4 are between the bearing outer ring 3 and the bearing inner ring 2 arranged and roll on from the bearing rings 2 . 3 provided careers 5.1 . 5.2 from. The bearing inner ring 2 is from a hole 6 penetrated, which is suitable, a wave 7 and rotatable relative to a connecting structure 8th in which the bearing outer ring 3 rotatably arranged to store.

Ferner ist eine Bremsanordnung 9 vorgesehen, welche vorliegend von einem inneren Bremsring 10 und einem äußeren Bremsring 11 gebildet wird. In den inneren Bremsring 10 ist radial zur Rotationsachse R eine keilförmige Nut 12 eingebracht, welche den inneren Bremsring 10 in Umfangsrichtung vollständig durchzieht. Im äußeren Bremsring 11 ist eine umlaufende Tasche 13 eingebracht, in die zwei Führungen 14 münden. Außerdem ist ein Bremselement 15 vorgesehen, welches in der Tasche 13 radial bewegbar gelagert und mittels von einem umlaufenden Vorsprung 16 in der Führung 14 geführt ist und welches mit einem zur Nut 12 komplementären Abschnitt 17 in diese eingreift. Dabei bilden die Mantelflächen M des Abschnitts 17 den zweiten Reibpartner 18.2 während die Seitenwandungen S der Nut 12 als erster Reibpartner 18.1 wirken. Further, a brake assembly 9 provided, which in this case of an inner brake ring 10 and an outer brake ring 11 is formed. In the inner brake ring 10 is radial to Rotation axis R a wedge-shaped groove 12 introduced, which the inner brake ring 10 completely in the circumferential direction. In the outer brake ring 11 is a circulating bag 13 introduced, in the two guides 14 lead. There is also a brake element 15 provided, which is in the bag 13 mounted radially movable and by means of a circumferential projection 16 in the lead 14 is guided and which one with a groove 12 complementary section 17 engages in these. In this case, the lateral surfaces M of the section form 17 the second friction partner 18.2 while the side walls S of the groove 12 as the first friction partner 18.1 Act.

Als Aktuator 19, welcher das Bremselement 15 antreibt, sind mehrere Lagen 20 eines elektro-aktiven Polymers vorgesehen. Dieser Aktuator ist zwischen dem Boden 21 der Tasche 13 und dem Bremselement 15 angeordnet. Werden die Lagen 20 des elektro-aktiven Polymers über eine Anschlussleitung 22 bestromt, dehnen sich die Lagen 20, und das Bremselement 15 wird in radialer Richtung bewegt, und die ersten und zweiten Reibpartner 18.1, 18.2 zur Blockierung einer gegenseitigen Verdrehung von innerem und äußerem Bremsring 10, 11 werden in körperlichen Kontakt gebracht. Wirkt der Strom nicht mehr, hebt eine in die Führung 14 eingesetzte, auf den umlaufenden Vorsprung 16 wirkende und bei der Bestromung des Aktuators 19 komprimierte Feder 23 den zweiten Reibpartner 18.2 vom ersten Reibpartner 18.1 ab, womit wieder eine gegenseitige Verdrehung des inneren Bremsrings 10 gegenüber dem äußeren Bremsring 11 ermöglicht wird. As an actuator 19 which the brake element 15 drives are several layers 20 an electro-active polymer provided. This actuator is between the floor 21 the pocket 13 and the brake element 15 arranged. Become the layers 20 of the electro-active polymer via a connecting line 22 energized, the layers stretch 20 , and the braking element 15 is moved in the radial direction, and the first and second friction partners 18.1 . 18.2 for blocking a mutual rotation of inner and outer brake ring 10 . 11 get in physical contact. If the current is no longer effective, one lifts you into the lead 14 used, on the circumferential projection 16 acting and during the energization of the actuator 19 compressed spring 23 the second friction partner 18.2 from the first friction partner 18.1 from, which again a mutual rotation of the inner brake ring 10 opposite the outer brake ring 11 is possible.

Deutlich ist der Darstellung gemäß 1 entnehmbar, dass die Bremsanordnung 9 als separates Bauteil ausgebildet ist. Dies lässt zu, dass die reinen Lagerkomponenten, d.h. die Lageringe 2, 3 und die Wälzkörper 4, unbeeinflusst davon, ob sie nun mit einer Bremsanordnung 9 kombiniert werden sollen oder nicht, ausgewählt werden können, was die Lagerhaltung und die damit verbundene Logistik erheblich vereinfacht. It is clear from the illustration according to 1 removable, that the brake assembly 9 is designed as a separate component. This allows for the pure bearing components, ie the bearing rings 2 . 3 and the rolling elements 4 , unaffected by whether they are now using a brake assembly 9 be combined or not, can be selected, which greatly simplifies the storage and associated logistics.

Wie der 1 leicht entnommen werden kann, erfolgt dort die Zuordnung zwischen dem Lagerinnenring 2 und dem ersten Reibpartner 18.1 bzw. dem Lageraußenring 23 und dem zweiten Reibpartner 18.2 nicht durch eine unmittelbare körperliche Verbindung der jeweiligen Reibpartner 18.1, 18.2 bzw. Bremsringe 10, 11 mit den entsprechenden Lagerringen 2, 3, sondern über eine direkte Verbindung der jeweiligen Reibpartner 18.1, 18.2 bzw. Bremsringe 10, 11 mit der Anschlusskonstruktion 8 bzw. der Welle 7. I. E. ist dies so realisiert, dass die sowohl der innere Bremsring 10 als auch der äußere Bremsring 11 von entsprechenden Keilsegmenten 24 drehfest mit der Anschlusskonstruktion 8 bzw. der Welle 7 verbunden sind. Verzichtet man auf die sich in Bezug auf die Lagerhaltung und die Logistik ergebenden Vorteile, können in einem anderen – nicht weiter ausgeführten – Ausführungsbeispiel die jeweiligen Lagerringe 2, 3 mit den entsprechenden Bremsringen 10, 11 entweder einstückig oder auch mittels von Verbindungselementen verbunden sein.Again 1 can be easily removed, there is the assignment between the bearing inner ring 2 and the first friction partner 18.1 or the bearing outer ring 23 and the second friction partner 18.2 not by an immediate physical connection of the respective friction partners 18.1 . 18.2 or brake rings 10 . 11 with the corresponding bearing rings 2 . 3 , but via a direct connection of the respective friction partners 18.1 . 18.2 or brake rings 10 . 11 with the adjacent construction 8th or the shaft 7 , Ie, this is so realized that both the inner brake ring 10 as well as the outer brake ring 11 of corresponding wedge segments 24 non-rotatable with the adjacent construction 8th or the shaft 7 are connected. If one waives the advantages arising in terms of storage and logistics, in another - not further explained - embodiment, the respective bearing rings 2 . 3 with the corresponding brake rings 10 . 11 either in one piece or also be connected by means of fasteners.

In 2a und 2b ist jeweils ein Aktuator 19 gemäß 1 vergrößert dargestellt. Dieser Aktuator 19 wird von vier Lagen 20 eines elektro-aktiven Polymers gebildet, wobei die vier Lagen 20 in der Tasche 13 im äußeren Bremsring 11 angeordnet sind. Außerdem ist in die Tasche 13 das schon aus 1 bekannte und in körperlichem Kontakt zu dem Aktuator stehende Bremselement 15 eingesetzt. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass in den 2a und 2b aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung der Führung 14, des Vorsprungs 16 und der Feder 23 gemäß 1 verzichtet worden ist.In 2a and 2 B is each an actuator 19 according to 1 shown enlarged. This actuator 19 gets from four layers 20 formed of an electro-active polymer, wherein the four layers 20 in the bag 13 in the outer brake ring 11 are arranged. It's also in the bag 13 that already off 1 known and in physical contact with the actuator braking element 15 used. Only for the sake of completeness it should be noted that in the 2a and 2 B for the sake of clarity on the presentation of the leadership 14 , the projection 16 and the spring 23 according to 1 has been omitted.

Werden nun ausgehend von der Situation gemäß 2a die Lagen 20 über die Anschlussleitung 23 bestromt, vergrößert sich die Dicke der Lagen 20 in Radialrichtung und das Bremselement 15 wird aus der Tasche 13 herausgedrückt, Diese Verhältnisse sind in 2b gezeigt. Aus der Zusammenschau beider 2a und 2b ist auch entnehmbar, um welches Maß A sich das Bremselement 15 aus der Tasche 13 unter Einfluss des strombedingten Dickenwachstums der Lagen 20 herausbewegt und zu der im Zusammenhang mit 1 erläuterten Bewirkung führt. Now, starting from the situation according to 2a the layers 20 via the connecting cable 23 energized, the thickness of the layers increases 20 in the radial direction and the brake element 15 gets out of the bag 13 squeezed out, These relationships are in 2 B shown. From the synopsis of both 2a and 2 B is also removable, by what measure A, the brake element 15 out of the bag 13 under the influence of the current-induced thickness growth of the layers 20 moved out and related to 1 explained effect leads.

Im Unterschied zu den Darstellungen gemäß der 1, 2a und 2b verläuft in 3 die Schichtung der den Aktuator 19 bildenden Lagen 20 axial in Richtung der Rotationsachse R. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass viele elektro-aktive Polymere unter Einfluss von elektrischem Strom eine Dickenverringerung erfahren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass jede Lage eines elektro-aktiven Polymeres aus der Gruppe der dielektrischen Elastomere einen passiven Elastomerkern 25.1, 25.2 aufweist, welcher an gegenüberliegenden Flächen mit nachgiebigen Elektroden 27.1, 27.2 bzw. 27.3, 27.4 beschichtet ist, welche den Elastomerkern 25 sandwichartig zwischen sich aufnehmen. Dieser grundsätzliche Aufbau von zwei Lagen 20 eines elektroaktiven Polymers in der Form eines dielektrischen Elastomers ist in 4 gezeigt. Wird an die beiden jeweils einen Elastomerkern 25.1, 25.2 einfassenden Elektroden 27.1, 27.2 bzw. 27.3., 27.4 eine Spannung angelegt, ziehen sich aufgrund des elektrostatischen Drucks die einander gegenüberliegenden Elektroden 27.1, 27.2 bzw. 27.3, 27.4 an, wodurch der Elastomerkern 25.1, 25.2 in Richtung der in 4 angedeuteten Rotationsachse R zusammengedrückt wird und sich wegen seiner Inkompressibilität quer zur Rotationsachse R ausdehnt. Diese Ausdehnung des oder der Elastomerkerne 25.1, 25.2 unter Spannungseinfluss ist in 4 durch den Doppelpfeil D angedeutet. Da im Zustand der Spannungslosigkeit die schmalen Randbereiche 28.1, 28.2 der Elastomerkerne 25.1, 25.2 – wie schon im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläutert – auch bei der Ausführung gemäß 4 am äußeren Bremsring 11 und sich die gegenüberliegenden Randbereiche 28.3, 28.4 am Bremselement 15 anliegen, führt das Anlegen einer Spannung an die Elektroden 27.1, 27.2 bzw. 27.3, 27.4 dazu, dass das Bremselement 15 in Pfeilrichtung P bewegt und die jeweiligen Reibpartner (in 4 nicht gezeigt) in körperlichen Kontakt bringt. In contrast to the representations according to the 1 . 2a and 2 B runs in 3 the layering of the actuator 19 forming layers 20 axially in the direction of the axis of rotation R. This is based on the finding that many electro-active polymers undergo a reduction in thickness under the influence of electrical current. This is due to the fact that each layer of an electro-active polymer from the group of dielectric elastomers a passive elastomer core 25.1 . 25.2 which is on opposite surfaces with compliant electrodes 27.1 . 27.2 respectively. 27.3 . 27.4 coated, which is the elastomer core 25 sandwiched between them. This basic structure of two layers 20 an electroactive polymer in the form of a dielectric elastomer is disclosed in U.S. Pat 4 shown. Is the two each an elastomer core 25.1 . 25.2 enclosing electrodes 27.1 . 27.2 respectively. 27.3. . 27.4 When a voltage is applied, the opposing electrodes are attracted due to the electrostatic pressure 27.1 . 27.2 respectively. 27.3 . 27.4 on, causing the elastomer core 25.1 . 25.2 in the direction of in 4 indicated rotational axis R is compressed and extends because of its incompressibility transverse to the axis of rotation R. This expansion of the elastomer core (s) 25.1 . 25.2 under Voltage influence is in 4 indicated by the double arrow D. Because in the state of tensionlessness, the narrow edge areas 28.1 . 28.2 the elastomer cores 25.1 . 25.2 - as in connection with the 1 to 3 explained - also in the execution according to 4 on the outer brake ring 11 and the opposite edge areas 28.3 . 28.4 on the brake element 15 applied, the application of a voltage to the electrodes 27.1 . 27.2 respectively. 27.3 . 27.4 to that the braking element 15 moved in the direction of arrow P and the respective friction partners (in 4 not shown) brings into physical contact.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Bremslagerbrake bearing
2 2: Lagerinnenring Bearing inner ring
3 3: LageraußenringBearing outer ring
44: Wälzkörper rolling elements
5.1, 5.25.1, 5.2: Laufbahn career
66: Bohrung drilling
77: Welle wave
88th: Anschlusskonstruktion adjacent construction
99: Bremsanordnung brake assembly
1010: innerer Bremsring inner brake ring
1111: äußerer Bremsring outer brake ring
1212: Nut groove
1313: Tasche bag
1414: Führung guide
1515: Bremselement braking element
1616: Vorsprung head Start
1717: Abschnitt section
18.1, 18.218.1, 18.2: erster Reibpartner, zweiter Reibpartner first friction partner, second friction partner
19 19: Aktuator actuator
2020: Lagen documents
21 21: Boden ground
2222: Anschlussleitung connecting cable
2323: Feder feather
24 24: Keilsegmente wedge segments
2525: Elastomerkern elastomer core
27.1–27.427.1-27.4: Elektroden electrodes
28.1–28.428.1-28.4: Randbereiche border areas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007013164 [0002]

Claims

Brake bearing with a bearing inner ring and a coaxially surrounding bearing outer ring with rolling elements, which are arranged between the bearing rings and roll on provided by bearing rings raceways, and with a braking device which has a bearing inner ring associated first Reibpartner, a bearing outer ring associated second friction partner and a on a the friction partner directly acting actuator comprises, wherein the actuator brings the two friction partners at least temporarily in physical contact, characterized in that the actuator of at least one layer of an electro-active polymer is formed.

Brake bearing according to claim 1, characterized in that each layer of the electro-active polymer has a passive elastomer core, which is sandwiched between two elastic electrodes, and that the two belonging to a layer electrodes are connected to an electrical voltage.

Brake bearing according to claim 2, characterized in that each elastomeric core of each layer has two mutually opposite edge regions, wherein the one edge region cooperates with one of the longer rings and the other edge region is supported on the friction partner, which is associated with the actuator directly.