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Die Erfindung betrifft einen Wälzkörper, ein Lagerungselement, ein Wälzlager mit einem Wälzkörper oder einem Lagerungselement sowie ein Gleitlager mit einem Lagerungselement.
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Um den Reibungswiderstand zwischen zwei relativ zueinander (also gegeneinander) bewegten Elementen (wie beispielsweise einer Welle und einer Halterung) zu reduzieren, werden häufig Gleit- und/oder Wälzlager verwendet. Alternativ oder zusätzlich können separate Wälzkörper eingesetzt werden.
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Gleitlager können ein Gehäuse, eine Halterung oder eine Führung für einen relativ dazu bewegten Gleitkörper umfassen; ein derartiger Gleitkörper kann beispielsweise eine in einer Halterung rotierende Welle oder ein auf einer Führung verschieblicher Schlitten sein. Gehäuse, Halterung bzw. Führung können in direktem Kontakt zum Gleitkörper stehen oder durch lediglich eine Schmierschicht von diesem getrennt sein. Die Schmierschicht kann z.B. von außen in das Gleitlager eingebracht werden.
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Wälzkörper werden dazu verwendet, als Rollelemente zwischen den relativ zueinander beweglichen Elementen den Reibungswiderstand verringern. Die gegeneinander beweglichen Elemente können dabei mindestens teilweise die Wälzkörper selbst in deren Position halten. So weisen beispielsweise Zahnräder in Planetenrädern häufig Bohrungen auf, die nach außen hin als eine Einfassung für darin angeordnete Wälzkörper dienen. In anderen Beispielen werden Wälzkörper auf einer Welle positioniert (beispielsweise in einer die Welle umlaufenden Rinne), die damit als eine innere Berandung einer Wälzkörperbahn dienen kann. Schließlich werden beispielsweise bei Motorfahrzeugen (insbesondere z.B. von Personenkraftwagen) Wälzkörper oft direkt (ggf. durch ein Käfigelement miteinander verbunden) zwischen einer Kurbelwelle und deren Abstützung eingesetzt, so dass die Abstützung als äußeres sowie die Kurbelwelle als inneres Halteelement für die Wälzkörper dienen.
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Alternativ können Wälzkörper in einem Wälzlager eingefasst sein. Herkömmliche Wälzlager umfassen im Allgemeinen einen Innenring (oder zumindest Innenringsegmente) und einen Außenring (oder zumindest Außenringsegmente), zwischen denen die rollenden Wälzkörper zur Verringerung des Reibungswiderstandes zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen angeordnet sind; Außen- bzw. Innenring können dann mit dem jeweiligen Element fest verbunden werden. Manche Wälzlager weisen zudem mindestens ein Dichtungssystem auf.
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Wälzkörper können z.B. kugelförmig, kegelartig oder zylindrisch (ggf. dabei gebaucht) ausgebildet sein. Meist werden sie durch einen oder mehrere seitliche, um eine Rotationsachse eines Wälzlagers herumlaufende Borde am Innen und/oder Außenring gesichert. Alternativ oder zusätzlich können die Wälzkörper in einem Käfig oder in Käfigsegmenten in einer vorgegebenen Position zueinander gehalten werden.
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Zur Schmierung von Gleit- oder Wälzlagern werden meist Fette oder Öle eingesetzt. In einigen Anwendungsfällen können diese Schmierstoffe wie auch sonstige Hilfsstoffe für die gesamte Lebensdauer des Gleit- bzw. Wälzlagers in dieses eingebracht sein. Es gibt aber auch Anwendungen, die eine Nachschmierung benötigen. Dazu weisen die Gleit- bzw. Wälzlager häufig Schmierbohrungen und/oder Schmiernuten auf.
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Ein Schmierstoff und/oder mindestens ein Zusatzstoff kann herkömmlich manuell und/oder über ein externes Nachschubsystem außerhalb des Gleit- bzw. Wälzkontakts (der z.B. durch eine Laufbahn oder ein Bord gebildet sein kann) zugeführt werden.
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Dazu muss das jeweilige Lager jedoch geöffnet werden, oder das Lager muss in einem geeigneten Gehäuse oder mit Anbauteilen wie Flanschen konstruiert sein, an denen ein externes Nachschubsystem befestigt werden kann und die eine Zufuhr eines Hilfsstoffes (der einen Schmierstoff und/oder einen Zusatzstoff umfassen kann) ermöglichen. Dies ist zum einen aufwendig, zum anderen werden Zubehörteile wie beispielsweise Schmiernippel, Leitungen für Schmierstoffe, Verbindungsstücke, Befestigungsteile, Adapterstücke oder Pumpen benötigt, die die Komplexität der Anlage und damit ihre Störanfälligkeit erhöhen.
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Zudem ermöglichen die meisten derartigen Nachschubsysteme keine ideale Hilfsstoffversorgung im Wälzkontakt, weil es im Allgemeinen nicht möglich ist, den Hilfsstoff unmittelbar an die zu versorgenden Flächen zu bekommen. Beispielsweise bei einer Fettschmierung muss ein Wälzlager deshalb oft mit mehr Schmierstoff beaufschlagt werden, als wirklich benötigt wird, weil meist nur Teile des Schmierstoffs auch in den Wälzkontakt kommen.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Technik zum Einbringen mindestens eines Hilfsstoffs in einem Kontakt gegeneinander beweglicher Elemente bereitzustellen, mit der die genannten Nachteile vermieden werden können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Wälzkörper gemäß Anspruch 1, ein Lagerungselement gemäß Anspruch 2, ein Wälzlager gemäß Anspruch 8 und ein Gleitlager gemäß Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung offenbart.
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Ein erfindungsgemäßer Wälzkörper dient einer Verringerung eines Reibungswiderstandes (z.B. rotatorisch oder translatorisch) zwischen relativ zueinander beweglichen Elementen; vorzugsweise ist der Wälzkörper dazu geeignet, von den zueinander beweglichen Elementen und/oder einem Wälzlager eingefasst zu werden. Er umfasst in seinem Inneren mindestens eine Hilfsstoffkammer zur Füllung mit einem Hilfsstoff. Zudem umfasst der Wälzkörper mindestens eine Bohrung, welche die Hilfsstoffkammer mit einer Peripherie (also einer äußeren Umgebung) des Wälzkörpers verbindet.
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Ein erfindungsgemäßes Lagerungselement dient einer Verringerung eines Reibungswiderstandes in einem Lager. Es weist in seinem Inneren mindestens eine Hilfsstoffkammer zur Füllung mit einem Hilfsstoff und mindestens eine Bohrung auf, welche die Hilfsstoffkammer mit einer Peripherie des Lagerungselements verbindet.
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Ein erfindungsgemäßes Lagerungselement ist vorzugsweise ein Element, das in dem Lager beweglich relativ zu einem anderen Element gelagert ist. Es kann beispielsweise eine Welle oder eine Achse umfassen, die in einer Halterung rotieren oder um die herum ein drehbares Element (z.B. eine Hülse, ein Zahnrad und/oder ein herkömmliches Wälzlager, das ausschließlich Wälzkörper mit einer durchgängig geschlossenen Oberfläche aufweist) angeordnet sein kann. Alternativ kann das Lagerungselement einen in einem linearen Lager verschieblichen Schlitten umfassen. Das Lager kann ein Gleit- und/oder ein Wälzlager umfassen. Insbesondere kann das Lagerungselement einen Gleitkörper in einem Gleitlager umfassen.
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Ein erfindungsgemäßer Wälzkörper bzw. ein erfindungsgemäßes Lagerungselement kann eine oder mehrere der genannten Hilfsstoffkammern umfassen; zur Vermeidung sprachlicher Sperrigkeit wird die Formulierung „mindestens eine Hilfsstoffkammer“ in dieser Schrift weitgehend vermieden, die Alternative mit mehreren Hilfsstoffkammern ist jedoch implizit mitzulesen. Analog wird der Ausdruck „die mindestens eine Bohrung“ hierein aus sprachlichen Gründen gelegentlich auf „die Bohrung“ verkürzt.
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In Ausführungsformen mit mehreren Hilfsstoffkammern können diese gleichartig, insbesondere gleich groß ausgebildet sein oder verschieden gestaltet sein. Insbesondere können ein Wälzkörper bzw. ein Lagerungselement eine erste Hilfsstoffkammer umfassen, die zur Füllung mit einem ersten Hilfsstoff vorgesehen oder mit ihm bereits gefüllt ist, und eine zweite Hilfsstoffkammer, die zur Füllung mit einem zweiten, vom ersten verschiedenen Hilfsstoff vorgesehen oder mit ihm bereits gefüllt ist. Die beiden Hilfsstoffkammern können dabei unterschiedliche Größen aufweisen. So kann der Wälzkörper bzw. das Lagerungselement für eine jeweilige Bedarfsmenge an dem ersten bzw. zweiten Hilfsstoff optimiert sein.
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Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers bzw. eines erfindungsgemäßen Lagerungselements kann ein Hilfsstoff auf einfache und saubere Weise gezielt in einen Kontaktbereich relativ zueinander beweglicher Element eingebracht werden, beispielsweise in ein Wälz- oder Gleitlager, das dazu nicht geöffnet werden muss oder durch eigens vorzusehende Einbauelemente wie beispielsweise Zufuhrleitungen und entsprechende Anschlüsse beeinträchtigt wird; insbesondere kann auch ein gedichtetes Lager mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Wälzkörper(n) bzw. Lagerungselement über einen Zeitraum hinweg kontinuierlich mit Hilfsstoff versorgt werden. Durch die hinsichtlich Richtung und Menge genaue und planmäßige Hilfsstoffzufuhr in den Kontaktbereich kann die Abgabe eines Hilfsstoffüberschusses vermieden werden, was Verschmutzungen reduziert und damit die Haltbarkeit der Anlage (beispielsweise des Wälz- oder Gleitlagers) verbessert. Zudem bedeutet die Reduzierung von verwendetem Hilfsstoff eine Schonung der Umwelt.
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Ein erfindungsgemäßes Wälzlager umfasst mindestens einen erfindungsgemäßen Wälzkörper und/oder mindestens ein Lagerungselement gemäß einer der in dieser Schrift beschriebenen Ausführungsformen. Es kann einen Außen- und/oder Innenring, mindestens eine Segment eines Außen- bzw. Innenrings, einen Käfig und/oder eine Dichtung umfassen.
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Ein erfindungsgemäßes Gleitlager umfasst mindestens ein erfindungsgemäßes Lagerungselement gemäß einer der in dieser Schrift beschriebenen Ausführungsformen. Das Gleitlager kann dabei zudem ein Gehäuse, eine Halterung und/oder eine Führung umfassen, relativ zu dem/der das als Gleitkörper dienende Lagerungselement vorzugsweise beweglich sein kann.
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Das Innere eines Wälzkörpers bzw. eines Lagerungselements ist vorzugsweise ein Bereich, der bei Verwendung des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements nicht mit den relativ zueinander beweglichen Elementen und nicht mit einem anderen Element des Wälzlagers (wie z.B. einem Innen- oder Außenring oder einem Käfig des Wälzkörpers) oder des Gleitlagers in Kontakt kommt; insbesondere kann das Innere mindestens einen Hohlraum im Wälzkörper bzw. im Lagerungselement umfassen, wobei die mindestens eine Hilfsstoffkammer in dem einen bzw. in einem oder mehreren der Hohlräume angeordnet ist.
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Ein erfindungsgemäßer Wälzkörper hat vorzugsweise eine im Wesentlichen kugelartige, kegelförmige, kegelstumpfförmige, zylindrische oder gebaucht zylindrische Außenform. Insbesondere kann er als eine Zylinderrolle, eine Kegelrolle, eine Pendelrolle oder als eine Kugel ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat ein erfindungsgemäßer Wälzkörper einen Durchmesser von mindestens 10 mm, bevorzugter mindestens 20 mm, noch bevorzugter mindestens 40 mm; als Durchmesser ist dabei ein maximaler Abstand zweier Punkte auf der Oberfläche des Wälzkörpers anzusehen. Bei derartigen Größen des Wälzkörpers (und damit eines ihn umfassenden Wälzlagers) bzw. der Hilfsstoffkammer ist die Ausbildung einer Hilfsstoffkammer im Innern besonders vorteilhaft.
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Bevorzugt ist eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers oder eines erfindungsgemäßen Lagerungselements, bei der die Hilfsstoffkammer nachfüllbar ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil einer Verwendbarkeit des Wälzkörpers über einen langen Zeitraum. Zum Nachfüllen kann die Hilfsstoffkammer eine verschließbare Befüllungsöffnung aufweisen. Die Befüllungsöffnung kann einen größeren Querschnitt aufweisen als die Bohrung, was ein leichteres Nachfüllen gewährleistet. Vorzugsweise umfasst ein Wälzkörper dieser Ausführungsform einen Verschluss zum Verschließen der Befüllungsöffnung.
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Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Hilfsstoffkammer ein Fassungsvermögen von mindestens 0,065 ml, bevorzugter mindestens 10 ml, noch bevorzugter mindestens 40 ml hat. Dies erlaubt je (Nach-)Füllung eine Hilfsstoffzufuhr über einen langen Zeitraum. Das Fassungsvermögen ist vorzugsweise an eine Dimension des Wälzkörpers bzw. des Lagerungselements angepasst und/oder an eine Anzahl an erfindungsgemäßen Wälzkörpern in einem erfindungsgemäßen Wälzlager.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßer Wälzkörper bzw. ein erfindungsgemäßes Lagerungselement mit einem Hilfsstoff gefüllt. Ein derartiger Hilfsstoff kann beispielsweise ein Schmier- und/oder Frostschutzmittel umfassen und/oder lösliche oder feste, beispielsweise reibungsverringernde Zusatzstoffe (auch als „Additive“ bezeichnet) enthalten wie z.B. Graphit.
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Über die mindestens eine Bohrung ist die Hilfsstoffkammer von außen zugänglich. Insbesondere mündet die Bohrung in einer Öffnung an der Oberfläche des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements und bietet also einen Luftdurchgang zwischen der Hilfsstoffkammer und einer Umgebung des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements. Wenn ein Hilfsstoff in die Hilfsstoffkammer eingefüllt ist, kann er durch die mindestens eine Bohrung aus der Hilfsstoffkammer an die Oberfläche des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements heraustreten. So kann die Umgebung des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements (z.B. in einem Wälzlager) mit dem (z.B. reibungsverringernden) Hilfsstoff versorgt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Bohrung eine steuerbare Durchflusssperre auf, die für ein Durchlassen von Hilfsstoff durch die Bohrung geöffnet werden kann und die in versperrendem Zustand ein Durchtreten von Hilfsstoff durch die Bohrung verhindert. Somit kann eine Abgabe von Hilfsstoff aus der Hilfsstoffkammer entsprechend dem jeweiligen Bedarf reguliert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Bohrung in mindestens einem Abschnitt einen Durchmesser von höchstens 1,5 mm, noch bevorzugter höchstens 1 mm oder höchstens 0,5mm von aufweisen. Der Durchmesser kann dabei beispielsweise an die Viskosität eines in die Hilfsstoffkammer einzufüllenden oder eingefüllten Hilfsstoffes angepasst sein. Enthält der Hilfsstoff ein Granulat oder Pulver mit einer Mehrzahl an Partikeln, hat ein engster Abschnitt der mindestens einen Bohrung vorzugsweise einen Durchmesser von höchstens dem Doppelten eines maximalen Partikeldurchmessers in dem Granulat bzw. Pulver.
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Bei dieser Ausführungsform kann eine Austrittsmenge auch eines Hilfsstoffs mit hoher Fließ- oder Streufähigkeit aus dem Wälzkörper bzw. Lagerungselement reguliert werden, ohne dass die jeweilige Bohrung eine Durchflusssperre aufweisen muss. Insbesondere wirkt ein derartiger Durchmesser zusammen mit einer Oberflächenspannung und gegebenenfalls einer Viskosität des Hilfsstoffs und/oder dessen Körnigkeit einem ungebremsten und unkontrollierten Austreten des Hilfsstoffs entgegen, auch wenn die Hilfsstoffkammer oder die Bohrung nicht verschlossen ist.
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Bei geeigneter Fließ- oder Streufähigkeit eines einzufüllenden Hilfsstoffs wird dieser beim Rollen eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers bzw. bei einer Rotation des Lagerungselements aufgrund von Fliehkräften aus der Hilfskammer gedrängt.
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Ein Wälzkörper bzw. ein Lagerungselement kann in seinem Inneren eine Pressvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, Hilfsstoff aus der Hilfsstoffkammer durch die mindestens eine Öffnung an die Oberfläche die Wälzkörpers bzw. Lagerungselements zu drücken. Ein derartiger Wälzkörper bzw. eine derartiges Lagerungselement ist somit geeignet, auch mit einem Hilfsstoff einer pastosen oder plastisch-festen Konsistenz gefüllt und im Gebrauch wieder geleert zu werden.
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Eine derartige Pressvorrichtung kann beispielsweise einen Druckbehälter umfassen, der z.B. ein Flüssiggas enthalten kann, das kontrolliert in die Hilfsstoffkammer abgelassen werden kann, um den Hilfsstoff durch die mindestens eine Bohrung an die Oberfläche des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements zu drängen. Alternativ oder zusätzlich kann die Pressvorrichtung eine Fluidkammer mit veränderlichem Innenvolumen umfassen, das mit einem Innenvolumen der mindestens einen Hilfsstoffkammer in Wirkverbindung steht. Durch eine Vergrößerung des Innenvolumens der Fluidkammer (z.B. durch Verschieben oder sonstiges Verändern einer Trennwand zwischen Fluidkammer und Hilfsstoffkammer) kann somit Hilfsstoff aus der Hilfsstoffkammer verdrängt und so an die Oberfläche des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements gedrückt werden. Schließlich kann die Pressvorrichtung dazu eingerichtet sein, eine chemische Reaktion hervorzurufen (z.B. indem sie zwei oder mehr Substanzen oder Festkörper in Kontakt miteinander bringt), die eine Entstehung von Gas bewirkt. Das Gas kann dann als Verdrängungsmedium in der Hilfsstoffkammer dienen, das den Hilfsstoff an die Oberfläche des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements treibt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pressvorrichtung mittels einer Steuerungsvorrichtung steuerbar, vorzugsweise elektronisch. Die Steuerungsvorrichtung kann dabei im Innern eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers bzw. Lagerungselements angeordnet sein; vorzugsweise ist eine derartige Steuerungsvorrichtung aus dem Wälzkörper bzw. Lagerungselement herausnehmbar, beispielsweise durch einen Verschluss des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements, der ein Inneres des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements gegenüber der Peripherie des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements abschließt.
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Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung über eine Befüllungsöffnung der Hilfsstoffkammer von einem Äußeren des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements her zugänglich sein, also durch die (vorzugsweise mit einem Verschluss verschließbare) Befüllungsöffnung hindurch aus dem Inneren des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements herausnehmbar sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Pressvorrichtung über eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu einer externen Steuerungsvorrichtung außerhalb des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements steuerbar sein; dazu kann der Wälzkörper bzw. das Lagerungselement in seinem Innern einen Sender umfassen. Insbesondere können ein erfindungsgemäßes Wälzlager bzw. ein erfindungsgemäßes Gleitlager eine solche externe Steuerungsvorrichtung umfassen.
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Eine derartige Steuerungsvorrichtung für die Pressvorrichtung kann dazu programmiert sein, beispielsweise zu vorgegebenen Zeiten ein Ausdrücken einer jeweils vorbestimmten Menge an Hilfsstoff aus der Hilfsstoffkammer zu bewirken.
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Ein Wälzkörper bzw. Lagerungselement gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, der/die dazu eingerichtet sein kann/können, Parameter wie z.B. einen jeweils aktuellen Füllstand der Hilfsstoffkammer, eine Betriebsdauer des Wälzkörpers bzw. Lagerungselements (z.B. eine Zeit, während der der Wälzkörper bzw. das Lagerungselement seit Beginn seiner Verwendung, seit dem letzten Einfüllen von Hilfsstoff und/oder seit der letzten Aktivierung der Pressvorrichtung gerollt wird) und/oder eine aktuelle Temperatur im Wälzkörper bzw. Lagerungselement zu erfassen.
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Die Steuerungsvorrichtung kann in diesem Fall dazu eingerichtet sein, auf Grundlage der von dem/den Sensor/en erfassten Parameter einen oder mehrere Zeitpunkte und/oder eine jeweils auszudrückende Menge an Hilfsstoff zu bestimmen und die Pressvorrichtung entsprechend zu steuern.
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Alternativ oder zusätzlich können die mittels derartiger Sensoren erfassten Werte beispielsweise drahtlos an eine Rechnereinheit übermittelt werden, die die Werte protokollieren kann; eine derartige Rechnereinheit ist von einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälz- bzw. eines erfindungsgemäßen Gleitlagers umfasst. Die Rechnereinheit kann dazu eingerichtet sein, auf Grundlage der protokollierten Werte beispielsweise einen geeigneten Zeitpunkt für ein Ersetzen eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers bzw. Lagerungselements oder für ein Nachfüllen von Hilfsstoff in einem erfindungsgemäßen Wälzkörper bzw. Lagerungselement zu bestimmen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übermittelt ein Sender im Wälzkörper bzw. Lagerungselement ein Alarmsignal, wenn ein vorgesehener minimaler Füllstand der Hilfsstoffkammer erreicht ist. Auf Grundlage des Alarmsignals kann beispielsweise eine externe Überwachungseinheit (z.B. eine Rechnereinheit) einem Anwender einen akustischen und/oder optischen Hinweis geben, der z.B. einen Alarmton, ein Alarmlicht und/oder eine Anzeige umfassen kann.
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Ein erfindungsgemäßes Wälzlager kann mehrere erfindungsgemäße Wälzkörper umfassen, insbesondere können alle Wälzkörper im Wälzlager gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers ausgebildet sein. Vorteilhaft ist eine Variante, bei der ein Wälzlager mehrere Wälzkörper mit je einer Pressvorrichtung umfasst, die jeweils über eine gemeinsame externe Steuerungsvorrichtung steuerbar sind. In diesem Fall kann die externe Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, die Steuerung der mehreren Wälzlager aufeinander abzustimmen, zum Beispiel indem die jeweiligen Pressvorrichtungen synchronisiert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein erfindungsgemäßes Wälzlager neben einem erfindungsgemäßen Wälzkörper mindestens einen weiteren Wälzkörper umfassen, der eine durchgängig geschlossene Oberfläche aufweist (also insbesondere keine über eine Bohrung mit der Oberfläche verbundene Hilfsstoffkammer umfasst); ein derartiger Wälzkörper mit durchgängig geschlossener Oberfläche kann beispielsweise massiv ausgebildet sein. Der mindestens eine erfindungsgemäße Wälzkörper kann in einer derartigen Ausführungsform dazu dienen, Hilfsstoff auch für Reibungsflächen des weiteren Wälzkörpers bereitzustellen. Auf diese Weise kann das Wälzlager eine optimale Hilfsstoffzufuhr bei möglichst einfachem Aufbau gewährleisten. Ein Zahlenverhältnis der Anzahl an Wälzkörpern mit durchgängig geschlossener Oberfläche zu einer Anzahl erfindungsgemäßer Wälzkörper kann z.B. im Wesentlichen 1:1 sein, oder mindestens 2:1. Vorzugsweise ist die Anzahl erfindungsgemäßer Wälzkörper im Wälzlager an eine erforderliche Nachschmiermenge angepasst. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Wälzlager lediglich einen einzigen erfindungsgemäßen Wälzkörper. Dieser ist dann vorzugsweise dazu eingerichtet, eine vorbestimmte (kritische) Schmierstelle (z.B. eine Berührungsstelle eines Ringbords mit einer Wälzkörperseite) mit (z.B. zusätzlichem) Hilfsstoff zu versorgen.
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Gemäß einer bevorzugten Variante ist die mindestens eine Bohrung eines erfindungsgemäßen Wälzkörpers in einem erfindungsgemäßen Wälzlager einer Lauffläche, einer Bordseite und/oder einem Käfig des Wälzkörpers zugewandt. Beispielsweise bei einem zylinder-, kegel- oder kegelstumpfförmigen Wälzkörper gemäß der vorliegenden Erfindung ist die mindestens eine Bohrung vorzugsweise an einer Mantelfläche angeordnet. Auf diese Weise können die Kontaktstellen des Wälzkörpers mit Lauffläche, Bordseite bzw. Käfig jeweils gezielt und direkt mit dem Hilfsstoff versorgt werden. Insbesondere eine Bohrung, die einer Lauffläche und/oder einer Bordseite zugewandt ist, ermöglicht zudem über ein Weiterrollen eine Versorgung entsprechender Kontaktstellen auch mindestens eines weiteren Wälzkörpers, insbesondere eines massiven Wälzkörpers oder eines Wälzkörpers mit einem hilfsstofflosen Hohlraum, beispielsweise einer entleerten Hilfsstoffkammer.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass einzelne Elemente und Komponenten auch anders kombiniert werden können sind als dargestellt.
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Es zeigen schematisch:
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1 eine Wälzkörper gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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2 eine Rotationsanordnung mit einem Wälzlager gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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In 1 ist ein zylindrischer Wälzkörper 10 mit zwei Hilfsstoffkammern in einem Quer- und in einem Längsschnitt dargestellt.
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Der Wälzkörper weist in seinem Innern zwei Hilfsstoffkammern 11, 11a zur Füllung mit einem Hilfsstoff wie beispielsweise einem Schmierfett und/oder Zusatzstoff auf. Die Hilfskammern sind jeweils über eine Mehrzahl an Bohrungen mit der Peripherie des Wälzkörpers 10 verbunden; der Übersichtlichkeit halber sind in der Figur nur die Bohrungen 12, 12‘, 13, 12a, 12a‘ bezeichnet.
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Im Innern des Wälzkörpers 10 sind zudem Pressvorrichtungen 14, 14a angeordnet, die jeweils eine Fluidkammer 15, 15a umfassen, deren veränderliches Innenvolumen mit einem Innenvolumen der mindestens einen Hilfsstoffkammer 11, 11a in Wirkverbindung steht; dies wird jeweils durch eine in ihrer Position veränderliche Trennwand 16, 16a realisiert: Eine Verschiebung der Trennwände 16, 16a in Pfeilrichtung wie angegeben bewirkt eine Vergrößerung des Innenvolumens der jeweiligen Fluidkammer 15, 15a und damit eine Verkleinerung des Innenvolumens der zugehörigen Hilfsstoffkammer 11, 11a. Dadurch wird Hilfsstoff aus der jeweiligen Hilfsstoffkammer durch die entsprechenden Bohrungen 12, 12‘, 13, 12a, 12a‘ hindurch an die Oberfläche des Wälzkörpers gedrückt. Die Bohrungen sind in der Mantelfläche des zylindrischen Wälzkörpers angeordnet und damit bei einer Verwendung des Wälzkörpers in einem Wälzlager einer Lauffläche zugewandt.
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Die Pressvorrichtungen 14, 14a sind jeweils durch eine im Innern des Wälzkörpers angeordnete Steuerungsvorrichtung 18, 18a steuerbar.
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Jede Hilfsstoffkammer 11, 11a des dargestellten Wälzkörpers kann über eine Befüllungsöffnung im Wälzkörper befüllt oder werden bzw. befüllt worden sein. Diese Befüllungsöffnungen sind im dargestellten Zustand jeweils mit einem (aufklapp- oder abnehmbaren) Verschluss 19, 19a verschlossen. Durch die Befüllungsöffnung hindurch sind jeweils auch die Pressvorrichtungen 14, 14a und die Steuerungsvorrichtung 18, 18a von außen zugänglich und insbesondere bei Bedarf (z.B. wegen eines Defekts) austauschbar.
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In 2 ist eine Rotationsanordnung dargestellt, die ein Rotationselement 200 umfasst, das um eine Achse 210 rotiert; zwischen dem Rotationselement 200 und der Achse 210 ist ein erfindungsgemäßes Wälzlager 100 angeordnet; zu dessen Erkennbarkeit ist das Rotationselement 200 als in zwei Abschnitte geteilt dargestellt, die entlang der Achse 210 gegeneinander verschoben sind.
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Das Wälzlager 100 umfasst einen Außenring 101 und einen Innenring 102, zwischen denen eine Mehrzahl an kugelförmigen Wälzkörpern 20, 80 angeordnet ist; diese werden in einem Käfig 103 in einer vorgegebenen Position zueinander gehalten.
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Die Wälzkörper 20 sind dabei jeweils entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet, wie an den Bohrungen 22 zu erkennen ist. Demgegenüber sind die Wälzkörper 80 herkömmlich mit einer durchgängig geschlossenen Oberfläche gestaltet; diese Wälzkörper können beispielsweise massiv ausgebildet sein.
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Das Zahlenverhältnis von der Anzahl an Wälzkörpern 80 mit durchgängig geschlossener Oberfläche zu einer Anzahl erfindungsgemäßer Wälzkörper ist im dargestellten Ausführungsbeispiel 1:1; eine Hälfte aller Wälzkörper weist somit mindestens eine Hilfsstoffkammer und mindestens eine Bohrung 22 wie beschrieben auf, und die andere Hälfte aller Wälzkörper ist herkömmlich ausgebildet. Der in der Verwendung durch die erfindungsgemäßen Wälzkammern abgegebene Hilfsstoff kann dabei auch die herkömmlichen Wälzkörper mitversorgen, beispielsweise ihre Kontaktflächen zum Außenrand 101 und zum Innenrand 102 schmieren.
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Einer der im dargestellten beispielhaften Wälzlager 100 enthaltenen erfindungsgemäßen Wälzkörper 20 ist in der Figur in einem vergrößerten Querschnitt dargestellt; die anderen im Wälzlager enthaltenen erfindungsgemäßen Wälzkörper 20 weisen vorzugsweise einen analogen Querschnitt auf. Ein (nicht gezeigtes) erfindungsgemäßer Lagerungselement (z.B. eine Achse oder ein e Welle) kann beispielsweise einen ebensolchen Querschnitt aufweisen.
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Zur besseren Erkennbarkeit sind im erfindungsgemäßen, vergrößert dargestellten Wälzkörper 20 doppelt vorhandene Elemente nur jeweils einfach mit Bezugszeichen versehen.
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Der Wälzkörper 20 umfasst zwei Hilfsstoffkammern 21, die mit einem Hilfsstoff wie beispielsweise einem Schmierstoff und/oder einem oder mehreren Zusatzstoffen wie beispielsweise Graphit gefüllt ist. Die Hilfsstoffkammern 21 umfassen jeweils eine Bohrung 22, welche die Hilfsstoffkammer mit einer Peripherie des Wälzkörpers verbindet, über die also Hilfsstoff in die Umgebung des Wälzkörpers (im Wälzlager 100) abgegeben werden kann.
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Im Innern des Wälzkörpers 20 ist zu jeder Hilfsstoffkammer 21 eine Pressvorrichtung 24 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, Hilfsstoff aus der Hilfsstoffkammer durch die mindestens eine Bohrung an die Oberfläche die Wälzkörpers zu drücken. Im dargestellten Beispiel umfasst die Pressvorrichtung 24 jeweils einen steuerbaren Druckbehälter 27, der beispielsweise ein Flüssiggas enthalten kann. Dieses kann in gasförmigem Aggregatzustand in eine Fluidkammer 25 eingelassen werden, deren Innenvolumen über eine Trennwand 26 mit dem Innenvolumen der Hilfsstoffkammer 21 in Wirkverbindung steht: Eine Ausdehnung der Fluidkammer 25 infolge einer Zufuhr von Gas aus dem Druckbehälter 27 in die Fluidkammer 25 bewirkt somit eine Verkleinerung des Innenvolumens der Hilfsstoffkammer 21 und damit eine Verdrängung von darin enthaltenem Hilfsstoff durch die Bohrung 22 hindurch an die Oberfläche des Wälzkörpers 20.
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Die Pressvorrichtung 24 ist mit einem Sender 28 verbunden, der über eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu einer externen, nicht dargestellten Steuerungsvorrichtung verfügt. Wie aus der Figur erkennbar ist, sind im dargestellten Beispiel beide enthaltenen Pressvorrichtungen 24 derart mit demselben Sender 28 verbunden und können somit von derselben Steuerungsvorrichtung gesteuert werden. Auf diese Weise können die beiden Hilfsstoffkammern im Wälzkörper 20 hinsichtlich der Hilfsstoffabgabe aufeinander abgestimmt, beispielsweise synchronisiert werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die jeweils enthaltenen Pressvorrichtungen aller im Wälzlager 100 enthaltenen erfindungsgemäßen Wälzkörper 20 über dieselbe externe Steuerungseinrichtung gesteuert und miteinander koordiniert werden können.
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Der Sender 28 ist im gezeigten Beispiel mit je einem Sensor 23 im Innern des Wälzkörpers verbunden, der beispielsweise einen Füllstand der jeweiligen Hilfsstoffkammer 21 erfassen kann (z.B. mittels einer Abstandsmessung zur Trennwand 26; alternativ könnte z.B. eine Menge vom Druckbehälter 27 abgegebenen Gases gemessen werden und ein Füllstand der Hilfsstoffkammer daraus bestimmt werden) und/oder eine Betriebsdauer des Wälzkörpers 20 und/oder eine aktuelle Temperatur.
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Die erfassten Sensorwerte können von dem Sender 28 an die externe Steuerungsvorrichtung übermittelt werden, beispielsweise mehrfach in bestimmten Zeitabständen oder bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwertes wie z.B. einer Untergrenze für eine in einer Hilfsstoffkammer enthaltene Hilfsstoffmenge. Insbesondere kann die externe Steuerungsvorrichtung auf diese Weise über eine Menge an aktuell verfügbarem Hilfsstoff informiert werden und gegebenenfalls die jeweilige Pressvorrichtung der 24 geeignet steuern. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der alle erfindungsgemäßen Wälzkörper 20 im Wälzlager 100 entsprechende Sensoren 23 und Sender 28 aufweisen, und bei der die externe Steuerungsvorrichtung alle jeweils enthaltenen Pressvorrichtungen 24 steuert und miteinander koordiniert. Insbesondere kann die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, auf Grundlage der von den Sensoren erfassten Werte festzustellen, ob ein Wälzkörper mit entleerter Hilfsstoffkammer ersetzt werden muss (und dies dann ggf. durch ein akustisches Signal, ein Leuchtsignal und/oder visuell auf einer Anzeigefläche kenntlich zu machen) oder ob ein anderer Wälzkörper das dadurch entstandene Defizit in einem bestimmten Zeitrahmen ausgleichen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 20
- erfindungsgemäßer Wälzkörper
- 11, 11a, 21
- Hilfsstoffkammer
- 12, 12‘, 12a, 12a‘, 13, 22
- Bohrung
- 14, 14a, 24
- Pressvorrichtung
- 15, 15a, 25
- Fluidkammer
- 16, 16a, 26
- Trennwand
- 18, 18a
- Steuerungsvorrichtung
- 19, 19a
- Verschluss
- 23
- Sensor
- 27
- Druckbehälter
- 28
- Sender
- 80
- Wälzkörper mit durchgängig geschlossener Oberfläche
- 100
- Wälzlager
- 101
- Außenrand
- 102
- Innenrand
- 103
- Käfig
- 200
- Rotationselement
- 210
- Achse
