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Die Erfindung betrifft einen Wälzkörper eines Wälzlagers, umfassend eine Aufnahmebohrung für mindestens einen Sensor, wobei der mindestens eine Sensor an einem Ort zwischen den beiden axialen Stirnseiten des Wälzkörpers in der Aufnahmebohrung mit einem Durchmesser mittels mindestens einer Haltevorrichtung im Wälzkörper axial unverschieblich gehalten wird.
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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.
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Der Sensor sollte dabei zwar zuverlässig im Wälzlager fixiert sein, dennoch aber ohne größere mechanische Spannungen gehalten werden.
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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.
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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.
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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.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass die Haltevorrichtung durch ein hülsenförmiges, hohlzylindrisches Element gebildet wird, das in seinem Inneren einen Aufnahmeraum für den mindestens einen Sensor aufweist, wobei das hülsenförmige Element an mindestens einer axialen Position ein elastisch, radial nach außen federndes Befestigungselement aufweist, das im bestimmungsgemäßen Zustand des Wälzkörpers einen Außendurchmesser aufweist, der den Durchmesser der Aufnahmebohrung übersteigt, und so mit axialem Hinterschnitt die Aufnahmebohrung überragt.
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Die Haltevorrichtung besteht dabei bevorzugt aus thermoplastischem Kunststoff.
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Das Befestigungselement überragt nach einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine Stirnseite des Wälzkörpers.
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Eine alternative Lösung sieht vor, dass das Befestigungselement in eine Eindrehung oder Nut eingreift, die in den Wälzkörper eingearbeitet ist.
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Es kann je ein Befestigungselement in den beiden axialen Endbereichen der Haltevorrichtung angeordnet sein.
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Die Haltevorrichtung kann auch im Bereich des Aufnahmeraums mindestens ein radial nach innen vorspringendes Sicherungselement aufweisen, mit dem der Sensor mit axialem Hinterschnitt im Aufnahmeraum gehalten wird; bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Sicherungselement als in Umfangsrichtung umlaufender Wulst ausgebildet ist.
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Das elastisch radial nach außen federnde Befestigungselement kann durch eine Anzahl hakenförmiger Finger gebildet werden, die in Umfangsrichtung um die Haltevorrichtung herum beabstandet angeordnet sind, vorzugsweise äquidistant. Dabei werden bevorzugt drei, vier, fünf oder sechs derartige Finger vorgesehen.
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Die Haltevorrichtung kann gemäß einer weiteren Fortbildung in einem ihrer beiden axialen Enden ein Deckelelement aufweisen, das mit dem Grundkörper der Haltevorrichtung über eine Schraubverbindung verbunden ist. Damit wird eine Einstellung der effektiven axialen Länge der Haltevorrichtung möglich.
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Der Außendurchmesser des Deckelelements übersteigt dabei bevorzugt den Durchmesser der Aufnahmebohrung. Somit bildet das Deckelelement in axialer Richtung einen Hinterschnitt zur Bohrung im Wälzkörper.
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Die Schraubverbindung kann weiterhin mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels eines Klebstoffs, gegen Verdrehen des Deckelelements relativ zum Grundkörper der Haltevorrichtung gesichert sein.
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Die Aufnahmebohrung ist bevorzugt gehärtet, wobei sie allerdings nach dem Härten nicht nachbearbeitet ist.
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Die Haltevorrichtung kann weiterhin zumindest im Bereich der axialen Erstreckung des Sensors in ihrem Außenumfang mindestens eine Ausnehmung, insbesondere eine radiale Bohrung oder einen Schlitz, aufweisen. Damit kann erreicht werden, dass der Sensor, wenn er beispielsweise als Temperatursensor ausgebildet ist, besser mit dem metallischen Grundmaterial des Wälzkörpers in Kontakt steht, um so genauere Messwerte zu erfassen. Durch die genannten Ausnehmungen reduzieren sich Messfehler bzw. solche Fehler, die eventuell durch die Isolationswirkung der Hülse auftreten würden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern oder Kohlenstofffasern, in das Material der Haltevorrichtung eingelagert sind.
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Dabei kann auch vorgesehen sein, dass neben dem Sensor mindestens ein Zusatzelement von der Haltevorrichtung gehalten wird. Das Zusatzelement kann eine Batterie, eine Steuerung oder eine drahtlose Datenübertragungseinrichtung sein.
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Der Sensor weist bevorzugt eine zylindrische Grundgeometrie auf.
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Bevorzugte Anwendungsfälle sind Rollen von Zylinderrollenlagern, Kegelrollenlagern oder Pendelrollenlager.
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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 beschriebene Haltevorrichtung, in Form eines hülsenförmigen Elements bevorzugt aus einem Thermoplast, den Sensor zuverlässig in seiner gewünschten axialen Position zu halten.
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Der Sensor wird also in der Aufnahmebohrung des Wälzkörpers zwischen dessen beiden Stirnseiten mittels einer bevorzugt thermoplastischen Haltevorrichtung axial unverschieblich gehalten. Die Haltevorrichtung in Form einer Hülse enthält bevorzugt mehrere Schnappverbindungen, um zunächst den Sensor selber und eventuell auch ein Zusatzelement in die Haltevorrichtung einzuschnappen und anschließend die Haltevorrichtung selber mit Sensor und Zusatzelement mittels einer weiteren Schnapp- und gegebenenfalls auch Schraubverbindung axial unverschieblich im Wälzkörper zu befestigen.
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Die in Rede stehenden Befestigungselemente können auch zumindest bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als segmentierte Haken bzw. Schnappwülste angesprochen werden. Der Sensor und gegebenenfalls das Zusatzelement werden zunächst in der Haltevorrichtung per Schnappverbindung fixiert; anschließend kann die gesamte Haltevorrichtung samt Sensor und gegebenenfalls Zusatzelement mittels der segmentierten äußeren Schnappverbindungen (Befestigungselemente) am bzw. im Wälzkörper axial fixiert werden.
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Sofern unterschiedlich große Wälzkörper mit der in Rede stehenden Sensorik ausgestattet werden sollen, ist die oben erwähnte Lösung bevorzugt, gemäß der die axiale Länge der Haltevorrichtung verändert werden kann, indem ein Deckelelement eingesetzt wird, das per Schraubverbindung mit dem Grundkörper der Haltevorrichtung verbunden ist. Durch mehr oder weniger weites Einschrauben des Deckelelements in den Grundkörper kann die axiale Länge der Haltevorrichtung eingestellt werden. Als zusätzliche Sicherung der Gewindeverbindung gegen Lösen im Betrieb kann beispielsweise ein Klebstoff (Sekundenkleber) eingesetzt werden, um bei entsprechend eingestelltem Gewinde das Deckelelement relativ zum Grundkörper zu fixieren. Auf diese Art und Weise ist eine einfache Anpassung der Länge der Haltevorrichtung aufgrund der Gewindeverbindung möglich. Die Verwendung der vorgeschlagenen Haltevorrichtung für verschiedene Wälzkörperlängen ist damit gegeben, wodurch insbesondere auch Werkzeugkosten eingespart werden können.
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Vorteilhaft ist, dass auch bei der Alterung des Materials der Haltevorrichtung die axiale Fixierung beibehalten wird, da diese durch Formschluss gesichert ist. Demgemäß ist ein dauerhaft sicherer axialer Halt der Haltevorrichtung in der Hohlrolle gegeben; hierfür müssen keine Presspassung zwischen Sensor bzw. Haltevorrichtung und Bohrung im Wälzkörper vorgesehen werden. Daher besteht auch keine Gefahr von Presspassungsverlusten durch Kriechen des Materials unter dem Einpressdruck bzw. im Falle von Temperaturerhöhungen des Lagers im Betrieb.
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Unter Gewichtsgesichtspunkten ist es auch vorteilhaft, dass eine Leichtbauweise ermöglicht wird, die ohne zusätzliche Befestigungsschrauben aus Metall auskommt.
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Die Befestigung des Sensors in einer Lagerhohlrolle ist damit in fertigungstechnisch einfacher und kostengünstiger Weise möglich. Ferner ist eine schnelle und reversible Montage und Demontage des Sensors und gegebenenfalls des Zusatzelements mittels der vorgeschlagenen Haltevorrichtung möglich.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 den teilweisen Radialschnitt durch einen Wälzkörper eines Wälzlagers, wobei der Wälzkörper mit einem Sensor versehen ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 in der Darstellung gemäß 1 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
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3 in der Darstellung gemäß 1 eine dritte Ausführungsform der Erfindung und
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4 in der Darstellung gemäß 1 eine vierte Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist ein Wälzkörper 1 zu sehen, der eine Aufnahmebohrung 2 für einen Sensor 3 aufweist. Der Wälzkörper 1 hat eine gewisse Länge L in axiale Richtung a. 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.
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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.
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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.
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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.
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Hierzu wird eine Haltevorrichtung 6 eingesetzt, mit der der Sensor 3 in einer gewünschten axialen Position innerhalb der Aufnahmebohrung 2 gehalten wird.
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Die Haltevorrichtung 6 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer hohlzylindrischen Hülse aus thermoplastischem Kunststoff. Im Inneren der Haltevorrichtung 6 befindet sich ein Aufnahmeraum für den Sensor 3. Ferner ist vorgesehen, dass das hülsenförmige Element 6 an zwei axialen Positionen, nämlich in beiden axialen Endbereichen, je ein elastisch, radial nach außen federndes Befestigungselement 7 bzw. 8 aufweist. Diese Befestigungselemente 7, 8 weisen im bestimmungsgemäßen Zustand des Wälzkörpers 1 – also wenn dieser in Betrieb ist und die Haltevorrichtung 6 sich im montierten Zustand im Wälzkörper 1 befindet – einen Außendurchmesser D auf, der den Durchmesser d der Aufnahmebohrung 2 übersteigt bzw. überragt. Demgemäß liegt ein axialer Hinterschnitt zwischen den Befestigungselementen 7 bzw. 8 und der Aufnahmebohrung 2 vor.
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Die Befestigungselemente 7 bzw. 8 sind dabei als elastische, sich in axiale Richtung a erstreckende hakenartige Finger bzw. Federn ausgeführt, die im spannungsfreien Zustand die in 1 dargestellte Position einnehmen und somit für den beidseitigen axialen Halt der Haltevorrichtung 6 und somit auch des Sensors 3 in der Aufnahmebohrung 2 des Wälzkörpers 1 sorgen.
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Der Sensor 3 wird in der Haltevorrichtung 6 montiert, indem er in axiale Richtung vom linken axialen Ende aus (s. 1) eingeschoben wird; ein Sicherungselement 11 in Form eines umlaufenden Wulstes ragt in radiale Richtung r nach innen und stellt für den Sensor 3 eine Schnappnase dar, die sich nach Einschieben des Sensors 3 in seine Endposition radial nach innen erstreckt und so den Sensor 3 formschlüssig in der Haltevorrichtung 6 festlegt.
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Die Haltevorrichtung 6 mit montiertem Sensor 3 ihrerseits wird dann in axiale Richtung a mit ihrem zylindrischen Außenumfang 14 – der zur Aufnahmebohrung 2 mit Spielpassung toleriert sein kann – in die Aufnahmebohrung 2 eingeschoben. Dies ermöglicht die elastische Ausbildung der Befestigungselemente 7 bzw. 8, d.h. die radial nach außen weisenden Enden der Befestigungselemente 7 bzw. 8 werden beim Einschieben in die Aufnahmebohrung 2 elastisch radial nach innen gedrückt, bis sie in der Montage-Endposition wieder nach außen schnappen und so die Haltevorrichtung 6 im Wälzkörper 1 festlegen.
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Aus 1 geht auch hervor, wie ein Zusatzelement 15 – hier in Form einer Batterie – mit der Haltevorrichtung 6 bzw. dem Sensor 3 verbunden werden kann. Zur Fixierung des Zusatzelements 15 ist analog zum Sensor 3 wiederum ein Sicherungselement 11 in Form eines umlaufenden Wulstes vorgesehen. Zwischen den Aufnahmeräumen für den Sensor 3 einerseits und das Zusatzelement 15 andererseits sind Bohrungen 16 in die Haltevorrichtung 6 eingearbeitet; hierüber kann eine Verbindung zwischen Sensor 3 und Zusatzelement 15 hergestellt werden.
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Der Außendurchmesser D des Befestigungselements 7 bzw. 8 ist im Verhältnis zum Durchmesser d der Aufnahmebohrung 2 dabei so gewählt, dass eine sichere Schnappverbindung für die Haltevorrichtung 6 in der Aufnahmebohrung 2 vorliegt.
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In 2 ist eine alternative Lösung zu sehen, die sich von der gemäß 1 im wesentlichen nur darin unterscheidet, dass für den Eingriff der axialen Endbereiche der Befestigungselemente 7 bzw. 8 Eindrehungen 9 im Wälzkörper 1 vorgesehen sind. Damit kann sichergestellt werden, dass die Haltevorrichtung 6 nicht axial über die Stirnseiten 4 bzw. 5 des Wälzkörpers 1 hinaus ragt.
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In 3 ist eine weitere Variante zu sehen, die darauf abstellt, dass im einen axialen Endbereich des Wälzkörpers 1 eine Nut 10 in die Aufnahmebohrung 2 eingearbeitet ist, die einen gegenüber dem Durchmesser d der Aufnahmebohrung 2 vergrößerten Nutgrund-Durchmesser hat. Demgemäß schnappen die axialen Enden des Befestigungselements 7 bei der Montage der Haltevorrichtung 6 in den Wälzkörper 1 radial nach außen in die Nut 10 ein, um die Haltevorrichtung 6 in der Aufnahmebohrung 2 festzulegen.
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Im anderen axialen Endbereich (rechte Seite in 3) ist die Aufnahmebohrung 2 rein zylindrisch ausgebildet.
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Eine weitere alternative Lösung zeigt 4.
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Konzeptionell ähnelt diese Lösung derjenigen gemäß 2, d.h. für die Befestigungselemente sind Eindrehungen 9 in den axialen Endbereichen des Wälzkörpers 1 vorgesehen. Hier allerdings ist die Haltevorrichtung 6 speziell ausgestaltet: Sie besteht hier aus einem Grundkörper 6‘, der im einen axialen Endbereich (in 4 rechts) ein Gewinde aufweist, das Bestandteil einer Schraubverbindung 13 ist. Das Gegenstück zum Gewinde ist ein Deckelelement 12, dass in den Grundkörper 6‘ eingeschraubt werden kann. Das Deckelelement 12 hat in seinem (in 4 rechten) axialen Endbereich einen im Durchmesser vergrößerten Abschnitt, der durch den Außendurchmesser DD des Deckelelements 12 gekennzeichnet ist.
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Demgemäß ermöglicht die Lösung nach 4, dass das Deckelelement 12 in dem Maße in den Grundkörper 6‘ eingeschraubt werden kann, bis eine gewünschte effektive axiale Länge zwischen den axialen Enden der Haltevorrichtung 6 vorliegt. So kann die Haltevorrichtung 6 an unterschiedliche Wälzkörper 1 angepasst werden. In der relevanten Endlage des Deckelelements 12 im Grundkörper 6‘ kann die Schraubverbindung 13 fixiert werden; bevorzugt erfolgt dies dadurch, dass die Schraubverbindung 13 mittels Klebstoff (Sekundenkleber) arretiert bzw. fixiert wird.
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So kann die effektive axiale Länge der Haltevorrichtung in einfacher Weise an die relevanten Gegebenheiten angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzkörper
- 2
- Aufnahmebohrung
- 3
- Sensor
- 4
- Stirnseite
- 5
- Stirnseite
- 6
- Haltevorrichtung (hülsenförmiges, hohlzylindrisches Element)
- 6‘
- Grundkörper der Haltevorrichtung
- 7
- Befestigungselement
- 8
- Befestigungselement
- 9
- Eindrehung im Wälzkörper
- 10
- Nut im Wälzkörper
- 11
- Sicherungselement (umlaufender Wulst)
- 12
- Deckelelement
- 13
- Schraubverbindung
- 14
- zylindrischer Außenumfang der Haltevorrichtung
- 15
- Zusatzelement
- 16
- Bohrung
- a
- axiale Richtung
- r
- radiale Richtung
- L
- Länge in axiale Richtung
- d
- Durchmesser der Aufnahmebohrung
- D
- Außendurchmesser des Befestigungselements
- DD
- Außendurchmesser des Deckelelements
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010038393 A1 [0004]
- DE 102012200776 A1 [0005]
- DE 102012200779 A1 [0005]
