DE102015204344A1

DE102015204344A1 - Wälzkörper eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE102015204344A1
Application number: DE102015204344.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Krause; Baozhu Liang; Armin Olschewski
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-15

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. Um den Sensor auch bei härtebedingt verzogener Aufnahmebohrung sicher im Wälzkörpers zu halten, sieht die Erfindung vor, dass die Haltevorrichtung (6) durch einen Ring oder eine Scheibe aus Kunststoff- oder Elastomermaterial gebildet wird, die mit einer außenzylindrischen Oberfläche (7) mit Presspassung in der Aufnahmebohrung (2) angeordnet ist, wobei die Haltevorrichtung (6) und der Sensor (3) axial (a) unverschieblich miteinander verbunden sind.

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.
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.
Ein Wälzkörper der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2010 038 393 A1 bekannt. Der Sensor ist hier relativ klein und ist auf einer Leiterplatte angeordnet, die ihrerseits in der Aufnahmebohrung im Wälzkörper fixiert ist.
Ähnliche bzw. andere Lösungen offenbaren die DE 10 2012 200 776 A1 und die DE 10 2012 200 779 A1 .
Spezielle fertigungstechnische Probleme entstehen, wenn der Wälzkörper mit seiner im weichen Zustand eingebrachten Aufnahmebohrung – was typisch bzw. notwendig ist – gehärtet wird. Während der Außenumfang des Wälzkörpers, d. h. der Bereich, der später auf der Laufbahn der Lagerringe läuft, geschliffen wird, ist diese Operation hinsichtlich der Aufnahmebohrung aufwendig und schwierig. Wenn indes keine hinreichend präzise Oberfläche der Aufnahmebohrung vorliegt, ist nicht sichergestellt, dass der in der Aufnahmebohrung platzierte Sensor im späteren Betrieb des Wälzlagers zuverlässig in der gewünschten axialen Position verbleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch ohne hohen fertigungstechnischen Aufwand, d. h. namentlich ohne Nachbearbeitung der durch den Härteprozess gegebenenfalls verzogenen Aufnahmebohrung, ein zuverlässiger Sitz des Sensors in der Aufnahmebohrung sichergestellt ist. Demgemäß soll es möglich sein, die Anordnung des Sensors in einfacher und kostengünstiger Weise zu bewerkstelligen bzw. zu realisieren. Der Sensor soll also auch bei härtebedingt verzogener Aufnahmebohrung sicher im Wälzkörper gehalten werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass die Haltevorrichtung durch einen Ring oder eine Scheibe aus Kunststoff- oder Elastomermaterial gebildet wird, die mit einer außenzylindrischen Oberfläche mit Presspassung in der Aufnahmebohrung angeordnet ist, wobei die Haltevorrichtung und der Sensor axial unverschieblich miteinander verbunden sind.
Die Haltevorrichtung besteht bevorzugt aus thermoplastischem Kunststoff oder aus Gummimaterial.
Ferner kann vorgesehen sein, dass Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder Polyesterfasern, in das Material der Haltevorrichtung eingelagert sind. Weiterhin können zur Verstärkung auch mineralische Füllstoffe vorgesehen werden. Die besagten Materialien reduzieren das Kriechen des Materials der Haltevorrichtung.
Die Haltevorrichtung weist bevorzugt eine hohlzylindrische Form auf, deren Länge in axiale Richtung des Wälzkörpers mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 75 %, ihres Außendurchmessers beträgt.
Der Sensor und die Haltevorrichtung sind bevorzugt mittels einer Schraubverbindung miteinander verbunden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass mittels der Schraubverbindung mindestens ein Zusatzelement mit dem Sensor und der Haltevorrichtung verbunden ist. Das Zusatzelement kann eine Batterie, eine Steuerung oder eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung sein. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass der Sensor an der einen axialen Stirnseite der Haltevorrichtung und das mindestens eine Zusatzelement an der anderen axialen Stirnseite der Haltevorrichtung angeordnet sind.
Die Aufnahmebohrung ist bevorzugt gehärtet, wobei sie allerdings nach dem Härten nicht nachbearbeitet ist.
Der Sensor weist bevorzugt eine zylindrische Grundgeometrie auf.
Bevorzugte Anwendungsfälle sind Rollen von Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern oder Pendelrollenlager.
Zur Verbesserung der axialen Fixierung der aus Kunststoff- oder Elastomermaterial bestehenden Haltevorrichtung in der Aufnahmebohrung kann vorgesehen werden, dass im Bereich der axialen Erstreckung der Haltevorrichtung in die Innenoberfläche der Aufnahmebohrung sich radial nach außen erstreckende Ausnehmungen eingearbeitet sind, in die das Kunststoff- oder Elastomermaterial infolge der Anordnung unter Presspassung zumindest teilweise fließen kann. Hierbei kann zumindest eine in Umfangsrichtung umlaufende Ringnut ins Auge gefasst werden. Auf diese Weise wird in gewissem Maße ein Formschluss zwischen Haltevorrichtung und Rolle geschaffen, der einer Bewegung der Haltevorrichtung in axiale Richtung entgegen wirkt.
Mit der vorgeschlagenen Lösung kann der Sensor in der Aufnahmebohrung des Wälzkörpers sicher platziert bzw. fixiert werden. Hierfür ist es nicht erforderlich, dass die Aufnahmebohrung, die durch den Härteprozess Verzüge aufweisen kann, einer präzisen Nachbearbeitung (insbesondere durch Schleifen) unterzogen wird. Vielmehr ist es möglich, durch die Haltevorrichtung in Form eines hülsenförmigen Elements aus Elastomer- oder Gummimaterial, das mit Presspassung in der Aufnahmebohrung platziert ist, den Sensor zuverlässig in seiner gewünschten axialen Position zu halten.
Die Befestigung des Sensors in einer Lagerhohlrolle ist damit in fertigungstechnisch einfacher und kostengünstiger Weise möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt den teilweisen Radialschnitt durch einen Wälzkörper eines Wälzlagers, wobei der Wälzkörper mit einem Sensor versehen ist.
In der Figur 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. in axiale Richtung a. Der Sensor 3 ist dabei im Inneren des Wälzkörpers 1 platziert, und zwar entfernt von den seitlichen Stirnseiten 4 und 5 des Wälzkörpers 1. Die Aufnahmebohrung 2 durchsetzt den Wälzkörper 1 komplett, d. h. von seiner einen Stirnseite 4 bis zu seiner anderen Stirnseite 5. Dies ist allerdings nicht zwingend.
Typischerweise wird der Wälzkörper 1 durch einen Drehvorgang hergestellt, an den sich das Bohren der Aufnahmebohrung 2 anschließt. Nach der Weichbearbeitung schließt sich ein Härteprozess an, der in bekannter Weise zu Härteverzügen führen kann. Demgemäß muss der Außenumfang des Wälzkörpers 1 im Anschluss an das Härten geschliffen werden.
Von Härteverzügen und gegebenenfalls von der Beaufschlagung mit Zunder nach dem Härten ist natürlich auch die Aufnahmebohrung 2 betroffen, die folglich im Anschluss an den Härtevorgang keine präzise zylindrische Innenoberfläche aufweist. Demgemäß ergibt sich eine Maßveränderung verglichen mit der Weichbearbeitung im Inneren der Aufnahmebohrung 2.
Dies wird allerdings zugelassen und durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung dennoch sichergestellt, dass der Sensor 3 in der gewünschten axialen Position im Inneren der Aufnahmebohrung 2 verbleibt.
Hierzu wird eine Haltevorrichtung 6 eingesetzt, mit der der Sensor 3 in einer gewünschten axialen Position innerhalb der Aufnahmebohrung 2 gehalten wird. Die Haltevorrichtung 6 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer hohlzylindrischen Hülse aus Kunststoff (alternativ ist auch der Einsatz von Gummimaterial möglich), wobei die außenzylindrische Oberfläche 7 der Haltevorrichtung 6 einen Außendurchmesser d aufweist, der geringfügig größer ist als der Bohrungsdurchmesser der Aufnahmebohrung 2. Bevorzugt weist der Außendurchmesser d der hülsenförmigen Haltevorrichtung 6 im spannungsfreien Zustand einen Wert auf, der zwischen 100,5 % und 115,0 %, vorzugsweise zwischen 101 % und 105 % des Bohrungsdurchmessers der Aufnahmebohrung 2 liegt. Die Länge L in axiale Richtung a beträgt bevorzugt mindestens 50 % des Außendurchmessers d der Haltevorrichtung 6; im Ausführungsbeispiel beträgt die Länge L etwa 100 % des Außendurchmessers d.
Das hat zur Folge, dass die Haltevorrichtung 6 zwar in die Aufnahmebohrung 2 eingepresst werden kann, dass diese dann allerdings mit Presspassung in selbiger sitzt und nicht mehr ohne größere Kräfte axialverschieblich ist.
Aus der Figur geht hervor, wie ein Zusatzelement 9 – hier in Form einer Batterie – mit der Haltevorrichtung 6 bzw. dem Sensor 3 verbunden werden kann. Hierzu weist der Sensor 3 einen zapfenförmigen Fortsatz 10 im einen axialen Endbereich auf, der in seinem axialen Endbereich mit einem Gewinde versehen ist. Wie zu sehen ist, durchsetzt dieser zapfenförmige Fortsatz 10 die hülsenförmige Haltevorrichtung 6 und das Zusatzelement 9, wobei die gesamte Anordnung bestehend aus Sensor 3, Haltevorrichtung 6 und Zusatzelement 9 durch eine Mutter zusammengehalten bzw. verschraubt ist, siehe Schraubverbindung 8.
Demgemäß wird eine Haltevorrichtung 6 in Form einer bevorzugt hohlzylindrischen Hülse vorgeschlagen, die mit Presspassung in die Aufnahmebohrung 2 eingebracht ist. Dadurch, dass es sich bei dem Material der Hülse um einen Kunststoff oder ein Elastomer handelt, liegt eine gewisse Elastizität des Materials – im Verhältnis zur Elastizität des Stahls des Wälzkörpers – vor, so dass die nicht präzise Oberfläche der Aufnahmebohrung unproblematisch ist und dennoch sichergestellt ist, dass die Haltevorrichtung 6 axial unverschieblich in der Aufnahmebohrung 2 verbleibt; demgemäß liegt auch der Sensor 3 axial in der Aufnahmebohrung 2 fest. Das Material der Haltevorrichtung 6 kann infolge seiner Elastizität folglich Unebenheiten ausgleichen, die sich auf der Innenoberfläche der Aufnahmebohrung 2 befinden.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn Verstärkungsfasern in das Material der Haltevorrichtung 6 eingebracht sind. Hierbei kommen bevorzugt Glasfasern oder Kohlefasern zum Einsatz. Damit wird erreicht, dass das Kriechverhalten des Materials auch bei starken Temperaturschwankungen unbeachtlich bleibt und somit auch dann die Haltevorrichtung 6 in der gewünschten axialen Position verbleibt.
Im Ausführungsbeispiel ist zu sehen, dass der Sensor 3 einen Außendurchmesser hat, der geringfügig kleiner als der Bohrungsdurchmesser d ist. Dies ist allerdings keineswegs zwingend. Es kann sinnvoll bzw. notwendig sein, den Sensor 3 so auszuführen, dass er mit seiner außenzylindrischen Oberfläche Kontakt mit der Aufnahmebohrung 2 hat.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörper
2: Aufnahmebohrung
3: Sensor
4: Stirnseite
5: Stirnseite
6: Haltevorrichtung
7: außenzylindrische Oberfläche
8: Schraubverbindung
9: Zusatzelement
10: zapfenförmiger Fortsatz
a: axiale Richtung
L: Länge in axiale Richtung
d: Außendurchmesser / Bohrungsdurchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010038393 A1 [0004]
DE 102012200776 A1 [0005]
DE 102012200779 A1 [0005]

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, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (6) durch einen Ring oder eine Scheibe aus Kunststoff- oder Elastomermaterial gebildet wird, die mit einer außenzylindrischen Oberfläche (7) mit Presspassung in der Aufnahmebohrung (2) angeordnet ist, wobei die Haltevorrichtung (6) und der Sensor (3) axial (a) unverschieblich miteinander verbunden sind.
Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (6) aus thermoplastischem Kunststoff besteht.
Wälzkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (6) aus Gummimaterial besteht.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder Polyesterfasern, in das Material der Haltevorrichtung (6) eingelagert sind.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (6) eine hohlzylindrische Form aufweist, deren Länge (L) in axiale Richtung (a) des Wälzkörpers (1) mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 75 %, ihres Außendurchmessers (d) beträgt.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) und die Haltevorrichtung (6) mittels einer Schraubverbindung (8) miteinander verbunden sind.
Wälzkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Schraubverbindung (8) mindestens ein Zusatzelement (9) mit dem Sensor (3) und der Haltevorrichtung (6) verbunden ist.
Wälzkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (9) eine Batterie, eine Steuerung oder eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung ist.
Wälzkörper nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) an der einen axialen Stirnseite der Haltevorrichtung (6) und das mindestens eine Zusatzelement (9) an der anderen axialen Stirnseite der Haltevorrichtung (6) angeordnet ist.
Wälzkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmebohrung (2) gehärtet ist, wobei sie nach dem Härten nicht nachbearbeitet ist.