DE102013221732A1 - Wälzlagereinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wälzlagereinrichtung enthaltend ein in einem Lagergehäuse untergebrachtes Wälzlager (100) mit den Komponenten Außenring (1), Innenring (2), Käfig (4), in dem Käfig geführte, auf dem Innenring und Außenring abwälzende Wälzkörper (3) sowie gegebenenfalls zumindest eine zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Dichtung und/oder Deckscheibe (9). Um bei tiefen Temperaturen und langer Standzeit die Schmierung des Wälzlagers (100) schnell bewirken zu können, ist an zumindest einer Komponente oder an dem Lagergehäuse ein Phasenwechsel-Heizelement (10) angeordnet.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Wälzlagereinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Hintergrund der Erfindung
• Gattungsgemäße Wälzlagereinrichtungen enthalten Wälzlager mit einem Schmiermittel, welches bevorzugt im Bereich der während des Betriebs herrschenden Betriebstemperaturen die beste Schmierwirkung erzielt. Werden derartige Wälzlager in sehr kalten Umgebungen, beispielsweise bis –40°C betrieben und treten längere Betriebspausen beispielsweise von mehreren Stunden oder Tagen auf, kann das Wälzlager samt Schmiermittel so stark abkühlen, dass die Schmierfähigkeit bei Wiederinbetriebnahme des Wälzlagers nicht mehr gewährleistet ist. Bei regelmäßigem Wechsel von Stillstand und Betrieb können auf Dauer Lagerschäden entstehen.
• Ein Wechsel auf ein hierfür geeignetes Tieftemperaturschmiermittel kann bei tiefen Temperaturen die Schmiereigenschaften zwar bereitstellen, bei hohen Lagertemperaturen lediglich schlechte Schmiereigenschaften aufweisen. Schmiermittel für große Temperaturbereiche sind desweiteren kostenaufwendig.
• Zur Bereitstellung von Wärme sind Latenzwärmespeicher, beispielsweise regenerierbare Hand-/Taschenwärmer und dergleichen bekannt, welche Phasenwechselmaterialien (PCM, Phase Change Materials) einsetzen, die von außen zugeführte Energiemengen speichern und zeitversetzt wieder abgeben. Ein kommerzieller Handwärmer nimmt beispielsweise beim Schmelzen sehr viel Wärmeenergie auf, um diese latent zu speichern und erst beim Erstarren wieder abzugeben. Der Entladevorgang wird typischerweise durch das Knicken eines Metallplättchens ausgelöst, das einen Kristallisationskeim darstellt. Aus der DE 10 2008 007 891 A1 ist ein Lagermontagewerkzeug bekannt, das ein Lager mit Hilfe von Phasenwechselmaterial erwärmen und somit aufweiten soll, um es danach einfacher auf die Welle aufschieben zu können. Die Offenbarung beschränkt sich auf ein vom Lager getrenntes Werkzeug, auf das das Lager aufgeschoben werden muss, und das für den hier betrachteten Einsatzfall deshalb nicht tauglich ist.
• Aus der DE 10 2011 006 330 A1 ist ein Wälzlager mit hohlen Wälzkörpern bekannt, die mit Phasenwechselmaterial gefüllt sind. Beim Phasenwechsel sollen physikalische Eigenschaften wie die Massenträgheit beeinflusst werden oder leichte Geometrieänderungen an den Wälzkörpern vorgenommen werden. Aus der DE 10 2011 006 020 A1 ist ein Wälzlager mit hohlen Lagerringen bekannt, die mit Phasenwechselmaterial gefüllt sind. Durch einen irreversiblen Phasenwechsel soll der Inhalt des Lagerrings nach der Montage einmalig „aushärten” und so beispielsweise eine bestimmte Geometrie der Lastzone dauerhaft konservieren. Derartige Wälzlager erfordern eine aufwendige Änderung der Lagerringe beziehungsweise Wälzkörper.
• Aufgabe der Erfindung
• Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Wälzlagereinrichtung, welche bei Verwendung von auf die Betriebstemperatur angepasstem Schmiermittel bei tiefen Temperaturen und längerer Standzeit eine schnelle Erwärmung des Schmiermittels ermöglicht.
• Allgemeine Beschreibung der Erfindung
• Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
• Die vorgeschlagene Wälzlagereinrichtung ist mit einem Phasenwechselmaterial ausgestattet, welches bei Betriebstemperatur Wärme speichert und bei Bedarf Wärme abgibt, so dass bei längeren Standzeiten des Wälzlagers und niedrigen Temperaturen Lagerschäden vermieden werden können.
• Hierbei erfolgt eine Anbringung mindestens eines Phasenwechsel-Heizelements mit dem Phasenwechselmaterial zumindest an einer der folgenden Komponenten: Innenring, Außenring, Dichtung/Deckscheibe, Käfig, Wälzkörper, Lagergehäuse. Alternativ könnte die Dichtung/Deckscheibe durch ein entsprechend geformtes Heizelement ersetzt werden, das dann die Funktion der Dichtung mit übernehmen kann.
• Das Heizelement besteht aus einem Gehäuse, dem darin enthaltenen Phasenwechselmaterial und einem Auslösemechanismus.
• Die Befestigung kann beispielsweise durch Festklemmen in der Dichtungsnut oder durch Kleben auf das zu erwärmende Bauelement des Wälzlagers erfolgen. Möglich ist auch eine nicht am Wälzlager fixierte Platzierung in direkter Nähe des Wälzlagers, beispielsweise am Lagergehäuse.
• Der Auslösemechanismus kann beim Anfahren der Maschine automatisch, beispielsweise durch eine mechanische Konstruktion im Wälzlager selbst, die bei Relativbewegung der Lagerringe wie Innenring und Außenring oder Überrollung durch die Wälzkörper auslöst, oder durch eine Steuereinheit gezielt ausgelöst werden. Im letzteren Fall ergibt sich die Möglichkeit, den Phasenwechsel bereits vor der Bewegung des Wälzlagers, beispielsweise vor einem Maschinenstart einer Maschine mit der vorgeschlagenen Wälzlagereinrichtung auszulösen, so dass das Wälzlager samt Schmiermittel schon vor dem Start erwärmt wird. Ein solcher Auslösemechanismus könnte beispielsweise durch ein Metallplättchen ausgeführt werden, das durch die Kraft eines kleinen Elektromagneten geknickt wird.
• Das Phasenwechselmaterial ist anwendungsspezifisch so ausgelegt, dass es durch die im Lager erzeugte Reibungswärme und gegebenenfalls vorhandene Umgebungswärme im Betrieb wieder mit Energie „aufgeladen”, also geschmolzen wird, um dann nach dem nächsten Maschinenstillstand beim Wiederanfahren wieder ausgelöst zu werden.
• Die Wälzlagereinrichtung eignet sich in bevorzugt klimatisch kalter Umgebung insbesondere für Bahnfahrzeuge wie Lokomotiven, Waggons und dergleichen und Bahneinrichtungen wie Weichen, Signale und dergleichen, für Windkraftanlagen, für die Öl- und Gasförderung und dergleichen.
• Kurze Beschreibung der Figuren
• Die Erfindung wird anhand des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine Außenansicht eines Wälzlagers einer Wälzlagereinrichtung
  und
• 2 einen Schnitt durch das Wälzlager der 1.
• Ausführliche Beschreibung der Figuren
• Die 1 und 2 zeigen in der Zusammenschau das Wälzlager 100 einer Wälzlagereinrichtung mit nicht näher dargestelltem, das Wälzlager 100 aufnehmenden Lagergehäuse in Ansicht beziehungsweise im Schnitt. Das Wälzlager 100 enthält den Außenring 1 und den Innenring 2. Auf Wälzflächen dieser wälzen die in dem Käfig 4 aufgenommenen Wälzkörper 3 ab. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Phasenwechsel-Heizelement 10 als Dichtung beziehungsweise Deckscheibe 9 zwischen Außenring 1 und Innenring 2 angeordnet und an dem Außenring befestigt. Das Phasenwechsel-Heizelement 10 bildet das Gehäuse 5, in dem das Phasenwechselmaterial 6 aufgenommen ist. Das Phasenwechselmaterial 6 nimmt während des Betriebs des Wälzlagers 100 Wärmeenergie auf und speichert dieses beispielsweise in einem energiereichen flüssigen Zustand in Form von Latenzwärme. Bei längerer Standzeit und bevorzugt unterhalb einer Arbeitstemperatur des im Wälzlager 100 befindlichen Schmiermittels 11 wie Fett wird mittels des Auslösemechanismus 7 der Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials 6 herbeigeführt, so dass dieses unter Wärmeabgabe und Erwärmung des Schmiermittels 11 kristallisiert. Die Auslösung des Auslösemechanismus 7 erfolgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von außen über das Kabel 8 mittels einer Steuereinrichtung.
• Bezugszeichenliste

1

Außenring

2

Innenring

3

Wälzkörper

4

Käfig

5

Gehäuse

6

Phasenwechselmaterial

7

Auslösemechanismus

8

Kabel

9

Deckscheibe

10

Phasenwechsel-Heizelement

11

Schmiermittel

100

Wälzlager

• 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 102008007891 A1 [0004]
• DE 102011006330 A1 [0005]
• DE 102011006020 A1 [0005]

Claims (4)

1. Wälzlagereinrichtung enthaltend ein in einem Lagergehäuse untergebrachtes Wälzlager (100) mit den Komponenten Außenring (1), Innenring (2), Käfig (4), in dem Käfig (4) geführte, auf dem Innenring (2) und Außenring (1) abwälzende Wälzkörper (3) sowie gegebenenfalls zumindest eine zwischen dem Innenring (2) und dem Außenring (1) angeordnete Dichtung und/oder Deckscheibe (9), dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einer Komponente oder an dem Lagergehäuse ein Phasenwechsel-Heizelement (10) angeordnet ist.
2. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechsel-Heizelement (10) aus einem Gehäuse (5), einem darin enthaltenen Phasenwechselmaterial (6) und ein Auslösemechanismus (7) zur Auslösung eines Wärme erzeugenden Phasenwechsels des Phasenwechselmaterials (6) gebildet ist.
3. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das der Auslösemechanismus (7) mittels einer Relativbewegung der Komponenten auslösbar ist.
4. Wälzlagereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslösemechanismus (7) mittels einer externen Steuereinrichtung auslösbar ist.

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