DE102014204537B3

DE102014204537B3 - Wälzkörper eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE102014204537B3
Application number: DE102014204537.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Graf; Baozhu Liang; Armin Olschewski
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: WO2015135850A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzkörper (1) eines Wälzlagers, umfassend eine Aufnahmebohrung (2) für einen Sensor (3), wobei der Sensor (3) an einem Ort zwischen den beiden axialen Stirnseiten (4, 5) des Wälzkörpers (1) in der Aufnahmebohrung (2) mittels mindestens einer Haltevorrichtung (6) im Wälzkörper (1) axial unverschieblich gehalten wird, wobei die Haltevorrichtung (6) eine axiale Stirnseite (7, 8) des Sensors (3) kontaktiert und wobei die Haltevorrichtung (6) an einer von der axialen Stirnseite (7, 8) des Sensors (3) entfernten Stelle am oder im Wälzkörper (1) befestigt ist. Damit kann der Sensor in einem Wälzkörper sicher und spannungsarm gehalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzkörper eines Wälzlagers, umfassend eine Aufnahmebohrung für einen Sensor, wobei der Sensor an einem Ort zwischen den beiden axialen Stirnseiten des Wälzkörpers in der Aufnahmebohrung mittels mindestens einer Haltevorrichtung im Wälzkörper axial unverschieblich gehalten wird, wobei die Haltevorrichtung eine axiale Stirnseite des Sensors kontaktiert und wobei die Haltevorrichtung an einer von der axialen Stirnseite des Sensors entfernten Stelle am oder im Wälzkörper befestigt ist.
Einen gattungsgemäßen Wälzkörper zeigt die DE 10 2012 200 776 A1 . Ähnliche und andere Lösungen offenbaren die DE 694 12 390 T2 , die DE 10 2012 200 779 A1 , die DE 10 2010 038 393 A1 und die DE 698 28 236 T2 .
Für manche Zwecke ist es vorteilhaft bzw. notwendig, einen Sensor in einem Wälzkörper eines Wälzlagers unterzubringen. Hiermit kann ein Betriebsparameter, beispielsweise die Temperatur im Lager, erfasst und überwacht werden.
Der Sensor sollte dabei zwar zuverlässig im Wälzlager fixiert sein, dennoch aber ohne größere mechanische Spannungen gehalten werden.
Der Sensor ist bei der DE 10 2010 038 393 A1 relativ klein und ist auf einer Leiterplatte angeordnet, die ihrerseits in der Aufnahmebohrung im Wälzkörper fixiert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konzept vorzuschlagen, mit dem ein Sensor in verbesserter Weise sicher in einem Wälzkörper angeordnet werden kann, wobei auf ihn keine größeren mechanischen Spannungen wirken sollen. Ferner soll es möglich sein, die Anordnung des Sensors in einfacher und kostengünstiger Weise zu bewerkstelligen bzw. zu realisieren.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass der Sensor, gesehen in Richtung einer Längsachse des Wälzkörpers, eine Stirnfläche aufweist, die mindestens 90 % der Querschnittsfläche der Aufnahmebohrung abdeckt, wobei die Haltevorrichtung eine Kontaktscheibe oder -platte aufweist, die zur Kontaktnahme mit dem Sensor ausgebildet ist, wobei die Kontaktscheibe oder -platte mit einer Stange verbunden ist, wobei die Stange mit einer Haltescheibe oder -platte verbunden ist, die in einem axialen Endbereich des Wälzkörpers mit diesem verbunden ist.
Der Sensor ist demgemäß relativ passgenau zur Aufnahmebohrung im Wälzkörper ausgebildet, d. h. er füllt mit seinem Querschnitt die Aufnahmebohrung weitgehen, bevorzugt vollständig, aus.
Die Kontaktscheibe oder -platte weist dabei bevorzugt in zur Längsachse des Wälzkörpers radialer Richtung kleinere Abmessungen auf als der Sensor. Hiermit wird sichergestellt, dass keine mechanische Spannungen von der Kontaktscheibe auf den Sensor übertragen werden.
Die Haltescheibe oder -platte kann dabei an oder in dem Wälzkörper mittels einer stoffschlüssigen Verbindung befestigt sein. Hier ist insbesondere an eine Verlötung gedacht. Das Löten beeinflusst dabei nicht den Sensor in seiner Position, d. h. ein Achsversatz kann aufgrund der vorgeschlagenen Haltevorrichtung einfach ausgeglichen werden. Gleichermaßen können Lagetoleranzen bzw. ein Mittenversatz in einfacher Weise ausgeglichen werden. Zu solchen Abweichungen kann es bei der Montage kommen, so dass diesbezügliche Abweichungen von der Ideallage ausgeglichen werden können.
Auch die Stange kann mit der Haltescheibe oder -platte mittels einer stoffschlüssigen Verbindung verbunden sein, insbesondere durch eine Verlötung oder Verschweißung. Eine andere bevorzugte Lösung stellt darauf ab, dass die Stange mit der Haltescheibe oder -platte mittels einer Schraubverbindung verbunden ist.
Die Aufnahmebohrung kann im axialen Endbereich des Wälzkörpers einen Bohrungsabschnitt mit vergrößertem Durchmesser aufweisen, wobei die Haltescheibe oder -platte an einer Schulter anliegt, die am Übergang der beiden Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser gebildet wird.
Die Haltescheibe oder -platte kann in zur Längsachse des Wälzkörpers radialer Richtung kleinere Abmessungen aufweisen als der Bohrungsabschnitt mit vergrößertem Durchmesser. Hierdurch entsteht ein radiales Spiel, das zur Selbstzentrierung des Sensors in der Aufnahmebohrung genutzt werden kann.
Zwecks verbesserter Dämpfung der Anordnung kann gemäß einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass zwischen der Stange und der Haltescheibe oder Halteplatte ein Verbindungsteil aus Gummi- oder Elastomermaterial wirksam angeordnet ist.
Der Sensor weist bevorzugt eine zylindrische Grundgeometrie auf.
Bevorzugte Anwendungsfälle sind Rollen von Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern oder Pendelrollenlager.
Mit der vorgeschlagenen Lösung kann der Sensor in der Aufnahmebohrung des Wälzkörpers sicher und spannungsarm platziert bzw. fixiert werden; es wirken keine hohen mechanischen Kräfte seitens der mindestens einen Haltevorrichtung auf den Sensor.
Die Befestigung des Sensors in einer Lagerhohlrolle ist damit in fertigungstechnisch einfacher Weise herstellbar.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den teilweisen Radialschnitt durch einen Wälzkörper eines Wälzlagers, wobei der Wälzkörper mit einem Sensor versehen ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 in der Darstellung gemäß 1 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
3 in der Darstellung gemäß 1 eine dritte Ausführungsform der Erfindung,
4 in der Darstellung gemäß 1 eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform der Erfindung,
5 in der Darstellung gemäß 1 eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform der Erfindung und
6 in der Darstellung gemäß 1 eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist ein Wälzkörper 1 zu sehen, der eine Aufnahmebohrung 2 für einen Sensor 3 aufweist. Die Aufnahmebohrung 2 durchsetzt den Wälzkörper 1 entlang seiner Rotationsachse, d. h. der Längsachse L. Der Sensor 3 ist dabei im Inneren des Wälzkörpers 1 platziert, und zwar entfernt von den seitlichen Stirnseiten 4 und 5 des Wälzkörpers 1.
Um den Sensor 3 in der gewünschten Position festzulegen, ist eine Haltevorrichtung 6 vorgesehen. Generell gilt also, dass der Sensor 3 an einem Ort zwischen den beiden axialen Stirnseiten 4 und 5 des Wälzkörpers 1 in der Aufnahmebohrung 2 mittels der Haltevorrichtung 6 im Wälzkörper 1 axial unverschieblich gehalten wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung 6 eine axiale Stirnseite 7 bzw. 8 des Sensors 3 (im Ausführungsbeispiel nach 1 ist es nur die Stirnseite 7 des Sensors 3) kontaktiert; die Haltevorrichtung 6 ist indes an einer von der axialen Stirnseite 7 des Sensors 3 entfernten Stelle im Wälzkörper 1 befestigt.
In der Ausgestaltung nach 1 besteht die Haltevorrichtung aus einer Kontaktscheibe 9, die im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist, so wie der Sensor 3. Allerdings weist die Kontaktscheibe 9 einen etwas geringeren Durchmesser als der Sensor 3 auf (bevorzugt zwischen 75 % und 95 % des Durchmessers der Aufnahmebohrung 2), was in 1 ersichtlich ist. Die Kontaktscheibe 9 ist mit dem Sensor 3 verbunden, beispielsweise durch eine Verklebung.
Die Kontaktscheibe 9 ist mit dem einen Ende einer Stange 10 verbunden, die als Abstandsbolzen fungiert. Am anderen Ende der Stange 10 ist eine Haltescheibe 11 festgelötet; die stoffschlüssige Verbindung 13, die als Verlötung ausgebildet ist, ist eingezeichnet.
Die Aufnahmebohrung 2 weist in ihrem einen (linken) axialen Endbereich des Wälzkörpers 1, nämlich im Bereich der Stirnseite 4, einen Bohrungsabschnitt 15 mit vergrößertem Durchmesser auf. Am Übergang zum Bohrungsabschnitt 15 bildet sich folglich eine Schulter 16 aus, die zur Anlage der Haltescheibe 11 dient. Hier ist die Haltescheibe 11 befestigt.
Der Durchmesser der Haltescheibe 11 ist etwas kleiner als der Durchmesser des Bohrungsabschnitts 15, nämlich bevorzugt zwischen 75 % und 95 % des Durchmessers der Bohrung 15. Damit ist ein radiales Spiel für die Haltescheibe 11 geschaffen, das eine Selbstzentrierung des Sensors 3 ermöglicht.
In 2 ist hierzu zu sehen, dass die Befestigung der Haltescheibe 11 an der Schulter per stoffschlüssiger Verbindung 12 in Form einer Verlötung erfolgen kann.
In 3 ist als Alternative zu sehen, dass die Verbindung zwischen der Stange 10 und der Haltescheibe 11 auch formschlüssig erfolgen kann. Hier ist eine Schraubverbindung 14 vorgesehen, d. h. die Stange 10 wird hier an der Haltescheibe 11 festgeschraubt.
Eine andere, nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung zeigt 4. Hier ist der Sensor 3 in die gewünschte Position in die Aufnahmebohrung 2 eingeschoben. Die axiale Fixierung erfolgt hier mit zwei Halteelementen 6, die als topfförmige Elemente ausgebildet sind. Die Bodenteile 17 der topfförmigen Elemente sind in Kontakt mit den Stirnseiten 7 bzw. 8 des Sensors 3 gebracht. Dann sind die topfförmigen Elemente per Verlötung 12 in der Aufnahmebohrung 2 fixiert. Demgemäß ist der Sensor zuverlässig festgelegt, indes aber weitgehend frei von mechanischen Spannungen gehalten.
Eine weitere nicht erfindungsgemäße Lösung, die allerdings an die gemäß 4 angelehnt ist, zeigt 5.
Hier ist zu sehen, dass die Aufnahmebohrung 2 nicht als Durchgangsbohrung, sondern als Sackloch ausgebildet ist. Der Sensor 3 ist entsprechend in das Sackloch eingeschoben, und zwar bis zum Anschlag.
Die axiale Festlegung des Sensors 3 erfolgt hier wiederum durch eine Haltevorrichtung 6 in Form eines topfförmigen Elements, das mit seinem Bodenteil 17 die eine Stirnseite 7 des Sensors 3 kontaktiert. Besagtes Element ist wiederum per Verlötung 12 in der Aufnahmebohrung 2 fixiert.
Schließlich zeigt 6 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Hier ist eine Lösung skizziert, die derjenigen nach 3 ähnelt. Allerdings ist hier vorgesehen, dass zwischen der Stange 10 und der Haltescheibe 11 ein Verbindungsteil 18 aus Gummi- oder Elastomermaterial angeordnet ist. Dieses Verbindungsteil sorgt für eine schwingungstechnische Entkopplung der Stange 10 und damit des Sensors 3 von der Anbindung der Stange 10 am einen axialen Ende des Wälzkörpers 1.
Das Verbindungsteil 18 ist dabei mittels einer ersten metallischen Scheibe 19 und einer zweiten metallischen Scheibe 20 beidseitig axial gefasst und wird an der Stange 10 durch eine Schraube 21 fixiert, wobei das Schraubengewinde direkt in die Stange 10 eingearbeitet ist.
Das Verbindungsteil 18 (bevorzugt aus Gummi) verhindert, dass sich die Schraube 21 durch Verformungen des Wälzkörpers 1 löst.
Auch in diesem Falle ist die Haltescheibe am Wälzkörper 1 per Lötung fixiert.
Eine schwingungstechnische Entkopplung ist damit in einfacher Weise realisiert.
In allen gezeigten Fällen gilt, dass die Befestigung der Haltevorrichtung 6 in einiger Entfernung zu der Stelle erfolgt, an der diese den Sensor 3 kontaktiert. Hiermit wird sichergestellt, dass nur geringe mechanische Kräfte von der Haltevorrichtung 6 auf den Sensor 3 ausgeübt werden können. Indes ist die axiale Fixierung zuverlässig gewährleistet.
Überall dort, wo Verbindungen der beschriebenen Bauteile benötigt werden, können Verlötungen, Verschweißungen oder Verklebungen ins Auge gefasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörper
2: Aufnahmebohrung
3: Sensor
4: Stirnseite
5: Stirnseite
6: Haltevorrichtung
7: axiale Stirnseite des Sensors
8: axiale Stirnseite des Sensors
9: Kontaktscheibe oder -platte
10: Stange (Abstandsbolzen)
11: Haltescheibe oder -platte
12: stoffschlüssige Verbindung (Verlötung)
13: stoffschlüssige Verbindung (Verlötung)
14: Schraubverbindung
15: Bohrungsabschnitt mit vergrößertem Durchmesser
16: Schulter
17: Bodenteil
18: Verbindungsteil (aus Gummi- oder Elastomermaterial)
19: erste Scheibe
20: zweite Scheibe
21: Schraube
L: Längsachse

Claims

Wälzkörper (1) eines Wälzlagers, umfassend eine Aufnahmebohrung (2) für einen Sensor (3), wobei der Sensor (3) an einem Ort zwischen den beiden axialen Stirnseiten (4, 5) des Wälzkörpers (1) in der Aufnahmebohrung (2) mittels mindestens einer Haltevorrichtung (6) im Wälzkörper (1) axial unverschieblich gehalten wird, wobei die Haltevorrichtung (6) eine axiale Stirnseite (7, 8) des Sensors (3) kontaktiert und wobei die Haltevorrichtung (6) an einer von der axialen Stirnseite (7, 8) des Sensors (3) entfernten Stelle am oder im Wälzkörper (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3), gesehen in Richtung einer Längsachse (L) des Wälzkörpers (1), eine Stirnfläche aufweist, die mindestens 90 % der Querschnittsfläche der Aufnahmebohrung (2) abdeckt, wobei die Haltevorrichtung (6) eine Kontaktscheibe oder -platte (9) aufweist, die zur Kontaktnahme mit dem Sensor (3) ausgebildet ist, wobei die Kontaktscheibe oder -platte (9) mit einer Stange (10) verbunden ist, wobei die Stange (10) mit einer Haltescheibe oder -platte (11) verbunden ist, die in einem axialen Endbereich des Wälzkörpers (1) mit diesem verbunden ist.
Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktscheibe oder -platte (9) in zur Längsachse (L) des Wälzkörpers (1) radialer Richtung kleinere Abmessungen aufweist als der Sensor (3).
Wälzkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltescheibe oder -platte (11) an oder in dem Wälzkörper (1) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (12) befestigt ist, insbesondere durch eine Verlötung.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (10) mit der Haltescheibe oder -platte (11) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (13) verbunden ist, insbesondere durch eine Verlötung oder Verschweißung, oder dass die Stange (10) mit der Haltescheibe oder -platte (11) mittels einer Schraubverbindung (14) verbunden ist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebohrung (2) im axialen Endbereich des Wälzkörpers (1) einen Bohrungsabschnitt (15) mit vergrößertem Durchmesser aufweist, wobei die Haltescheibe oder -platte (11) an einer Schulter (16) anliegt, die am Übergang der beiden Bohrungsabschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser gebildet wird.
Wälzkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltescheibe oder -platte (11) in zur Längsachse (L) des Wälzkörpers (1) radialer Richtung kleinere Abmessungen aufweist als der Bohrungsabschnitt (15) mit vergrößertem Durchmesser.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Stange (10) und der Haltescheibe oder -platte (11) ein Verbindungsteil (18) aus Gummi- oder Elastomermaterial wirksam angeordnet ist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) eine zylindrische Grundgeometrie aufweist.