DE102013218620A1

DE102013218620A1 - Wälzlagerung

Info

Publication number: DE102013218620A1
Application number: DE201310218620
Authority: DE
Inventors: Thomas Drescher; Horst Brehm; Martin Kram
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-03-19
Also published as: US9670955B2; WO2015039656A1; CN105518322B; EP3047166A1; US20160208852A1; CN105518322A

Abstract

Eine Wälzlagerung umfasst eine mechanische Belastungen übertragende Hauptlagerung (2) sowie ein Potentialausgleichslager (3), dessen Wälzkörper (7) jeweils zwei gleiche Seitenflächen aufweisen. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Kugelrollenlager oder ein Zylinderrollenlager. Das Potentialausgleichslager (3) weist vorzugsweise elastisch nachgiebige, als Hohlrollen gestaltete Wälzkörper (7) auf.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerung, welche eine zur Übertragung mechanischer Belastungen vorgesehene Hauptlagerung sowie ein elektrisch leitendes Potentialausgleichslager umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Eine Wälzlagerung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 198 05 566 B4 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Wälzlagerung für Schienenfahrzeuge, welche aus einem die Belastung übertragenden ein- oder mehrreihigen Wälzlager und einer daneben angeordneten Vorrichtung zum Übertragen von elektrischem Strom aufgebaut ist. Die zum Übertragen von Strom vorgesehene Vorrichtung ist im Fall der DE 198 05 566 B4 als Schrägwälzlager, insbesondere Kegelrollenlager, ausgebildet.
Als stromleitende Elemente bei Wälzlagern können auch Dichtungen verwendet werden, welche eine leitfähige Einlage aufweisen. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2007 052 104 A1 , auf die DE 199 83 988 B4 , sowie auf die DE 198 24 022 A1 verwiesen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Potentialausgleichsvorrichtung eines Wälzlagers gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich eines kompakten Aufbaus bei langfristiger Haltbarkeit unter Wahrung gleichbleibender elektrischer Eigenschaften weiterzuentwickeln.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wälzlagerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Wälzlagerung umfasst zwei eine gemeinsame Rotationsachse aufweisende Wälzlager, nämlich eine Hauptlagerung und ein Potentialausgleichslager. Die Hauptlagerung kann als beliebiges Wälzlager bekannter Bauart, beispielsweise als ein- oder mehrreihiges Kugellager, Zylinderrollenlager oder Kugelrollenlager, ausgebildet sein.
Beim Potentialausgleichslager handelt es sich erfindungsgemäß um ein Wälzlager, bei welchem jeder Wälzkörper zwei gleiche Seitenflächen aufweist. Ein solches Wälzlager kann beispielsweise als Zylinderrollenlager, Nadellager, Tonnenrollenlager oder Kugelrollenlager ausgebildet sein. Kugelrollenlager sind beispielsweise aus der DE 10 2008 060 957 A1 sowie aus der WO 2010/133462 A1 bekannt. Kugelrollen sind Wälzkörper, welche jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachte, parallel zueinander angeordnete Seitenflächen aufweisen. Durch die seitlichen Abflachungen der Wälzkörper ist ein Kugelrollenlager schmaler als ein Kugellager, dessen Wälzkörper den gleichen Durchmesser aufweisen. Die Oberflächenbereiche der Wälzkörper sowie Laufbahnen, welche zur Stromübertragung zur Verfügung stehen, sind dagegen bei einem Kugelrollenlager im Vergleich zu einem Kugellager mit Wälzkörpern gleichen Durchmessers nicht reduziert. Das als Potentialausgleichslager der Wälzlagerung verwendete Lager, insbesondere Kugelrollenlager, ist vorzugsweise als einreihiges Radiallager ausgebildet.
In unterschiedlichen Ausgestaltungen der Wälzlagerung kann die Hauptlagerung entweder gegenüber dem Potentialausgleichslager elektrisch isoliert oder elektrisch leitend mit dem Potentialausgleichslager verbunden sein. Hierbei sind im erstgenannten Fall die Lagerringe des Potentialausgleichslagers gegenüber den Lagerringen der Hauptlagerung elektrisch isoliert, während im letztgenannten Fall mindestens ein Lagerring des Potentialausgleichslagers mit einem Lagerringen der Hauptlagerung elektrisch leitend verbunden ist. Eine elektrische Isolation wird beispielsweise in Fällen gewählt, in denen jeglicher Stromfluss durch die Hauptlagerung vermieden werden muss.
Um jederzeit einen widerstandsarmen Stromfluss durch das Potentialausgleichslager zu ermöglichen, ist dieses vorzugsweise vorgespannt. Dies ist auf einfache und zuverlässige Weise erreichbar, indem die Wälzkörper, nämlich Rollen, insbesondere Kugelrollen oder Zylinderrollen, des Potentialausgleichslagers als Hohlrollen ausgebildet sind. Diese Gestaltung hat den Vorteil, dass ein großes radiales Spiel der Hauptlagerung mittels des Potentialausgleichslagers ausgleichbar ist, wobei stets nur eine mäßige mechanische Belastung des Potentialausgleichslagers auftritt.
Die Kontakte der Wälzkörper des Potentialausgleichslagers an dessen Lagerringen können im Fall von Kugelrollen als Wälzkörpern prinzipiell wie bei einem Rillenkugellager gestaltet sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das mit Kugelrollen als stromübertragende Elemente arbeitende Potentialausgleichslager als Vierpunktlager ausgebildet. Hierbei kontaktiert eine Kugelrolle des Potentialausgleichslagers dessen Lagerringe an jeweils zwei Stellen. Ein als Vierpunktlager ausgebildetes Kugelrollenlager ist zum Beispiel aus der DE 10 2006 035 180 A1 bekannt. Es handelt sich hierbei um ein vollrolliges Lager, das heißt ein Lager ohne die Wälzkörper führenden Käfig.
Die Wälzkörper des Potentialausgleichslagers sind unabhängig von ihrer Geometrie vorzugsweise aus einem selbstschmierenden Werkstoff gefertigt. Als besonders geeignet haben sich Aluminum-Zink-Legierungen herausgestellt. Die Verwendung von Aluminium-Zink-Legierungen für Wälzlagerkomponenten ist prinzipiell zum Beispiel aus der DE 690 6209 U bekannt.
Sofern das Potentialausgleichslager mit einem Schmiermittel betrieben wird, kann in allen Bauformen ein elektrisch leitfähiges Schmiermittel zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang wird beispielhaft auf die EP 0 479 904 B1 sowie auf die DE 10 2010 013 517 B4 und die EP 1 780 011 B1 verwiesen.
Während durch die Wälzlagerung fließender elektrischer Strom ausschließlich oder größtenteils durch das Potentialausgleichslager fließt, werden Kräfte zum überwiegenden Teil oder nahezu ausschließlich über die Hauptlagerung übertragen. Im Fall eines gemeinsamen Außenrings der Hauptlagerung sowie des Potentialausgleichslagers ist der Außendurchmesser dieses Lagerrings im Bereich des Potentialausgleichslagers vorzugsweise etwas reduziert, um eine unbeabsichtigte Kraftübertragung an dieser Stelle zu vermeiden. In analoger Gestaltung ist ein gemeinsamer Innenring von Hauptlagerung und Potentialausgleichslager in dem Abschnitt, in welchem die Wälzkörper des Potentialausgleichslagers angeordnet sind, vorzugsweise etwas aufgeweitet.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer eine Hauptlagerung sowie ein Potentialausgleichslager aufweisenden Wälzlagerung in Draufsicht,
2 die Wälzlagerung nach 1 in einer Schnittdarstellung,
3 bis 6 Schnittdarstellungen weiterer Wälzlagerungen mit Potentialausgleich.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine in den 1 und 2 insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Wälzlagerung umfasst eine Hauptlagerung 2, nämlich ein Kugellager, sowie ein Potentialausgleichslager 3, nämlich ein Kugelrollenlager. Die Wälzlagerung 1 ist insgesamt als Radiallagerung ausgebildet; die Rotationsachse ist mit R bezeichnet.
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 weist die Wälzlagerung 1 einen gemeinsamen Innenring 4 und einen gemeinsamen Außenring 5 auf. Zwischen den Lagerringen 4, 5 rollen die Wälzkörper 6, nämlich Kugeln, der Hauptlagerung 2, sowie die Wälzkörper 7, nämlich Kugelrollen, des Potentialausgleichslagers 3 ab. Die Wälzkörper 6 der Hauptlagerung 2 können in einem Käfig geführt sein. Ebenso kann die Hauptlagerung 2 als vollrolliges Lager ausgebildet sein.
Im in den 1 und 2 dargestellten Fall ist die Anzahl der Wälzkörper 6 der Hauptlagerung 2 um ein Mehrfaches höher als die Anzahl der Wälzkörper 7 des Potentialausgleichslagers 3. Abweichend hiervon können in der Hauptlagerung 2 und im Potentialausgleichslager 3 auch gleich viele Wälzkörper 6, 7 vorhanden sein. Ebenso ist es möglich, dass die Anzahl der Wälzkörper 7 des Potentialausgleichslagers 3 höher als die die Anzahl der Wälzkörper 6 der Hauptlagerung 2 ist.
Wie aus 1 hervorgeht, weist das Potentialausgleichslager 3 lediglich drei Kugelrollen 7 als Wälzkörper auf. Jede dieser Kugelrollen 7 ist als Hohlrolle gestaltet und in erheblichem Maße elastisch nachgiebig. Im Gegensatz zur Hauptlagerung 2, welche ein Spiel in radialer Richtung aufweist, ist das Potentialausgleichslager 3 vorgespannt. Während die Kugeln 6 der Hauptlagerung 2 aus üblichem Wälzlagerstahl, beispielsweise 100Cr6, gefertigt sind, sind die Wälzkörper 7 des Potentialausgleichslagers 3 aus einer Aluminium-Zink-Legierung hergestellt. Alternativ können die Wälzkörper 7 beispielsweise aus Stahl mit einer Aluminium-Zink-Beschichtung gefertigt sein.
Der Innenring 4 der Wälzlagerung 1 ist zum Aufsetzen auf eine Welle, der Außenring 5 zum Einbau in ein Gehäuse vorgesehen. Die nicht dargestellte Welle sowie das ebenfalls nicht dargestellte Gehäuse weisen zu diesem Zweck eine zylindrische oder leicht konische Mantelfläche beziehungsweise Bohrung auf.
Um eine nennenswerte Kraftübertragung über die Wälzkörper 7 des Potentialausgleichslagers 3 zu vermeiden, ist, wie aus 2 hervorgeht, der Innendurchmesser des Innenrings 4 im Bereich des Potentialausgleichslagers 3 gegenüber dem Abschnitt, in welchem sich die Hauptlagerung 2 befindet, etwas aufgeweitet. In ähnlicher Weise ist der Außendurchmesser des Außenrings 5 im Bereich des Potentialausgleichslagers 3 gegenüber der Hauptlagerung 2 etwas reduziert. Ein in der Mantelfläche des Außenrings 5 durch die Verjüngung im Bereich des Potentialausgleichslagers 3 gebildeter Absatz ist in 2 mit A gekennzeichnet.
In den Ausführungsbeispielen nach den 3 bis 5 setzt sich der Innenring 4 jeweils aus einem inneren Hauptlagerring 8 und einem inneren Hilfslagerring 9 zusammen, während der Außenring 5 aus einem äußeren Hauptlagerring 10 und einem äußeren Hilfslagerring 11 zusammengesetzt ist. In den Ausführungsbeispielen nach den 3 und 4 ist die Verbindung zwischen den Hauptlagerringen 8, 10 und den Hilfslagerringen 9, 11 durch eine Verschraubung 12 in axialer beziehungsweise radialer Richtung hergestellt. Die Wälzkörper 6 der Hauptlagerung 2 sind in beiden Fällen nicht dargestellt. Es kann sich hierbei beispielsweise um Zylinderrollen handeln.
Im Ausführungsbeispiel nach 5 ist ein Pressverband zwischen dem inneren Hauptlagerring 8 und dem inneren Hilfslagerring 9 sowie ein weiterer Pressverband zwischen dem äußeren Hauptlagerring 10 und dem äußeren Hilfslagerring 11 hergestellt. In jedem der Ausführungsbeispiele nach den 3 bis 5 ist der Hauptlagerring 8, 10 mit dem benachbarten Hilfslagerring 9, 11 elektrisch leitend verbunden.
Im Unterschied hierzu ist im Ausführungsbeispiel nach 6 jeder Hauptlagerring 8, 10 gegenüber dem benachbarten Hilfslagerring 9, 11 elektrisch isoliert, wie jeweils durch eine durchgezogene dicke Linie angedeutet ist. An den Hilfslagerringen 9, 11 befinden sich im Ausführungsbeispiel nach 6 Kontaktierungselemente 13 aus elektrisch leitenden Materialen wie Gold, Silber oder Kuper. Ein Stromfluss durch die Hauptlagerung 2 ist im Ausführungsbeispiel nach 6 vollkommen ausgeschlossen.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlagerung
2: Hauptlagerung
3: Potentialausgleichslager
4: Innenring
5: Außenring
6: Wälzkörper, Kugel
7: Wälzkörper, Kugelrolle
8: innerer Hauptlagerring
9: innerer Hilfslagerring
10: äußerer Hauptlagerring
11: äußerer Hilfslagerring
12: Verschraubung
13: Kontaktierungselement
A: Absatz
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19805566 B4 [0002]
DE 102007052104 A1 [0003]
DE 19983988 B4 [0003]
DE 19824022 A1 [0003]
DE 102008060957 A1 [0006]
WO 2010/133462 A1 [0006]
DE 102006035180 A1 [0009]
DE 6906209 U [0010]
EP 0479904 B1 [0011]
DE 102010013517 B4 [0011]
EP 1780011 B1 [0011]

Claims

Wälzlagerung, mit einer eine Belastung übertragenden Hauptlagerung (2) und einem Potentialausgleichslager (3), dadurch gekennzeichnet, dass als Potentialausgleichslager (3) ein Wälzlager vorgesehen ist, dessen Wälzkörper (7) jeweils zwei identische Seitenflächen aufweisen.
Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentialausgleichslager (3) als Kugelrollenlager ausgebildet ist.
Wälzlagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentialausgleichslager (3) als Vierpunktlager ausgebildet ist.
Wälzlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentialausgleichslager (3) als Zylinderrollenlager ausgebildet ist.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Potentialausgleichslager (3) vorgespannt ist.
Wälzlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) des Potentialausgleichslagers (3) als Hohlrollen ausgebildet sind.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) des Potentialausgleichslagers (3) einen selbstschmierenden Werkstoff umfassen.
Wälzlagerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) des Potentialausgleichslagers (3) aus einer Al-Zn-Legierung gefertigt sind.
Wälzlagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlagerung (2) und das Potentialausgleichslager (3) mindestens einen gemeinsamen Lagerring (4, 5) aufweisen.
Wälzlagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Wälzkörperlaufbahn abgewandte Wandung eines Lagerrings (4, 5, 9, 11) des Potentialausgleichslagers (3) gegenüber einer Wandung eines Lagerrings (4, 5, 8, 10) der Hauptlagerung (2) abgesetzt ist.