DE102017125911A1 - Encoder ring for an integrable in a rolling bearing assembly sensor device and rolling bearing assembly - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Encoderring (01) für eine in eine Wälzlageranordnung integrierbare Sensoreinrichtung. Der Encoderring (01) zeichnet sich durch das Vorhandensein von Schmiermitteldurchflussförderungselementen zur Ermöglichung eines Schmiermitteldurchflusses in die Wälzlageranordnung aus. Die Schmiermitteldurchflussförderungselemente können als Öffnungen in den Seitenwänden des Encoderrings (01) oder als den Durchfluss in axialer Richtung leitende Strukturen (07) auf der Außenmantelfläche (05) des Encoderrings (01) ausgebildet sein. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wälzlageranordnung mit einer integrierten Sensoreinrichtung, welche einen solchen Encoderring (01) besitzt. The present invention relates to an encoder ring (01) for a sensor device which can be integrated into a rolling bearing arrangement. The encoder ring (01) is characterized by the presence of lubricant flow promoting elements to allow lubricant flow into the rolling bearing assembly. The lubricant flow-promoting elements can be formed as openings in the side walls of the encoder ring (01) or as structures which conduct the flow in the axial direction (07) on the outer lateral surface (05) of the encoder ring (01). The invention further relates to a rolling bearing arrangement with an integrated sensor device which has such an encoder ring (01).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Encoderring mit Schmiermitteldurchflussförderungselementen für eine in eine Wälzlageranordnung integrierbare Sensoreinrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wälzlageranordnung mit einer integrierten Sensoreinrichtung.The present invention relates to an encoder ring with lubricant flow conveying elements for a sensor device which can be integrated into a rolling bearing arrangement. The invention further relates to a roller bearing assembly with an integrated sensor device.
Wälzlageranordnungen mit integrierten Sensoreinrichtungen, auch als Sensorlager bekannt, realisieren nicht nur die primäre Lagerfunktion sondern dienen darüber hinaus zum Erfassen unterschiedlicher Lagerzustandsgrößen, wie beispielsweise Drehzahl, Temperatur und Drehwinkel. Die Sensoreinrichtungen umfassen Sensoren und Signalgeber, welche auf einander gegenüberliegenden Flächen von Außen- und Innenring angeordnet sind. Die Abstände zwischen Sensor und Signalgeber sollten zur Erzielung einer guten Messqualität möglichst gering sein. Dies ist vor allem bei kleineren Lagerdurchmessern problematisch, da der Öldurchfluss durch die an das Wälzlager angebaute Sensoreinrichtung und den geringen Luftspalt zwischen Sensor und Signalgeber stark behindert ist. Bei der Fettschmierung ergeben sich ebenfalls Probleme, weil das Wälzlager von der Seite der Sensoreinrichtung aus nur schlecht mit Fett durchdrungen werden kann. Eine Schmierung bzw. Nachschmierung der bekannten Sensorlager ist somit erschwert oder gar nicht möglich. Die derzeit verfügbaren Sensorlager sind überwiegend lebensdauergeschmierte Rillenkugellager, für welche keine Nachschmierung vorgesehen ist. Zur Lebensdauerschmierung werden vor allem Fette eingesetzt. Andere Lagertypen, wie beispielsweise Kegelrollen,- Zylinderrollen- oder Pendelrollenlager werden zumeist mit Öl geschmiert und müssen daher in der Regel nachgeschmiert werden. Bei Ausrüstung der nicht auf Lebensdauer geschmierten Lagertypen mit Sensoreinrichtungen sollte daher die Durchlässigkeit für das Schmiermedium gewährleistet sein.Rolling bearing arrangements with integrated sensor devices, also known as sensor bearings, not only realize the primary bearing function but also serve to detect different bearing state variables, such as speed, temperature and angle of rotation. The sensor devices comprise sensors and signal transmitters, which are arranged on opposite surfaces of outer and inner ring. The distances between the sensor and the signal generator should be as low as possible in order to achieve a good measurement quality. This is problematic, especially with smaller bearing diameters, since the oil flow is severely hampered by the attached to the rolling bearing sensor device and the small air gap between the sensor and signal generator. In the case of grease lubrication problems also arise because the rolling bearing can only be penetrated with fat from the side of the sensor device. Lubrication or relubrication of the known sensor bearings is thus difficult or impossible. The currently available sensor bearings are mainly lifetime-lubricated deep groove ball bearings, for which no relubrication is provided. For lifetime lubrication, especially fats are used. Other types of bearings, such as tapered rollers, cylindrical roller bearings or spherical roller bearings, are usually lubricated with oil and therefore usually require relubrication. When fitting the non-life lubricated bearing types with sensor devices, the permeability of the lubricating medium should therefore be ensured.
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen optimalen Schmiermitteldurchfluss in eine Wälzlageranordnung mit einer integrierten Sensoreinrichtung weitgehend unabhängig von dem Abstand zwischen einem Signalgeber und einem Sensor der Sensoreinrichtung zu ermöglichen. Weiterhin soll eine Wälzlageranordnung mit einer integrierten Sensoreinrichtung bereitgestellt werden.The object of the present invention is to allow an optimal lubricant flow in a rolling bearing assembly with an integrated sensor device largely independent of the distance between a signal generator and a sensor of the sensor device. Furthermore, a rolling bearing arrangement with an integrated sensor device is to be provided.
Zur Lösung der Aufgabe dienen ein Encoderring gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie eine Wälzlageranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 10.To solve the problem, an encoder ring according to the appended claim 1 and a rolling bearing assembly according to the appended claim 10 are used.
Der erfindungsgemäße Encoderring zeichnet sich durch das Vorhandensein von Schmiermitteldurchflussförderungselementen aus, welche einen Schmiermitteldurchfluss in die Wälzlageranordnung dauerhaft ermöglichen. Ein wesentlicher Vorteil des dafür konfigurierten Encoderrings besteht darin, dass mit Hilfe der Schmiermitteldurchflussförderungselemente Wälzlager während ihrer Einsatzdauer problemlos nachgeschmiert werden können bzw. ein ständiger Schmiermitteldurchfluss im Wälzlager ermöglicht wird. Auf diese Weise wird ein Trockenlauf der Wälzlager, welcher zum Ausfall des Wälzlagers führen könnte, wirksam verhindert.The encoder ring according to the invention is characterized by the presence of lubricant flow conveying elements which permanently enable a lubricant flow into the rolling bearing arrangement. An essential advantage of the encoder ring configured for this purpose is that with the aid of the lubricant flow conveying elements rolling bearings can be relubricated without problems during their period of use or a constant lubricant flow in the rolling bearing is made possible. In this way, a dry running of the bearings, which could lead to failure of the bearing effectively prevented.
Die Schmiermitteldurchflussförderungselemente sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Encoderrings verteilt angeordnet. Die Anzahl und/oder Größe der verwendeten Schmiermitteldurchflussförderungselemente verhält sich vorzugsweise proportional zu dem Durchmesser des Encoderrings und somit auch proportional zu dem Durchmesser des Wälzlagers. Bei Wälzlagern mit größerem Durchmesser stehen daher eine größere Anzahl von Schmiermitteldurchflussförderungselementen und/oder größere Schmiermitteldurchflussförderungselemente zur Verfügung als bei Wälzlagern mit kleinerem Durchmesser, wodurch auch bei größeren Wälzlagern ein guter Schmiermitteldurchfluss gewährleistet werden kann.The lubricant flow-promoting elements are preferably distributed uniformly over the circumference of the encoder ring. The number and / or size of the lubricant flow promoting elements used preferably behaves proportional to the diameter of the encoder ring and thus also proportional to the diameter of the rolling bearing. Larger diameter rolling bearings therefore have a larger number of lubricant flow conveying elements and / or larger lubricant flow conveying elements than smaller-diameter rolling bearings, which means that good lubricant flow can be ensured even with larger rolling bearings.
Die Schmiermitteldurchflussförderungselemente können auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind die Schmiermitteldurchflussförderungselemente als Öffnungen in den Seitenwänden des Encoderrings ausgebildet. Die Öffnungen sind vorzugsweise in den der Rotationsachse des Encoderrings zugewandten Endbereichen der Seitenwände eingebracht. Zur Sicherstellung eines guten Schmiermitteldurchflusses sind die Öffnungen entsprechend zu dimensionieren. Die sich in Umfangsrichtung längs erstreckenden Öffnungen verlaufen vorzugsweise durch etwa ein Drittel der Seitenwände, wobei natürlich auch Ausführungen möglich sind, bei denen mehr oder weniger Raum durch die Öffnungen eingenommen wird. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders aufwandsarme Fertigung aus. Die Öffnungen werden bevorzugt während der Fertigung des Encoderrings durch Stanzen in die Seitenwände eingebracht. Durch den Fertigungsprozess (Ronde stanzen, Öffnungen stanzen, aufbiegen) kann es zu einer geteilten Außenfläche kommen, welche die Funktion des Encoders jedoch nicht beeinträchtigen darf. Weiterhin ist vorteilhaft, dass keine Zusatzelemente zur Ermöglichung des Schmiermitteldurchflusses benötigt werden. Hierdurch können Zusatzkosten durch weitere Bauteile, wie beispielsweise Distanzringe, eingespart werden. Die Lösung erfordert keinen zusätzlichen Bauraum und ist wartungsfrei.The lubricant flow promoting elements can be realized in various ways. According to a first preferred embodiment, the lubricant flow promotion elements are formed as openings in the side walls of the encoder ring. The openings are preferably introduced into the end areas of the side walls facing the axis of rotation of the encoder ring. To ensure a good lubricant flow, the openings must be dimensioned accordingly. The circumferentially extending longitudinally extending openings preferably through about one third of the side walls, of course, embodiments are possible in which more or less space is occupied by the openings. This embodiment is characterized by a particularly low-effort production. The openings are preferably introduced during the production of the encoder ring by punching in the side walls. The manufacturing process (blanking, punching holes, bending up) may result in a split outer surface, which, however, must not interfere with the function of the encoder. Furthermore, it is advantageous that no additional elements for Enabling the lubricant flow are needed. As a result, additional costs can be saved by other components, such as spacers. The solution requires no additional space and is maintenance-free.
Eine zweite Ausführungsvariante nutzt Schmiermitteldurchflussförderungselemente, welche als den Durchfluss in axialer Richtung leitende Strukturen auf der Außenmantelfläche des Encoderrings ausgebildet sind. Die Strukturen wirken als Strömungsleitelemente und leiten das Schmiermittel in axialer Richtung in den Wälzkörperraum. Die Höhe der Strukturen wird durch die Höhe des Spaltes begrenzt, welcher bei in das Wälzlager eingebauter Sensoreinrichtung zwischen dem Encoderring und einem dem Encoderring gegenüberliegend angeordneten Sensor verbleibt. Die Höhe der Strukturen sollte in radialer Richtung maximal so groß gewählt werden, dass im ungünstigsten Toleranzfall keine Berührung mit dem Sensor vorliegt. Die Strukturen sind vorzugsweise einteilig mit dem Encoderring ausgebildet. Sie können während der Fertigung in die den Encoderring ausbildende Formkavität eingebracht werden. Hierdurch entsteht bei der Herstellung im Vergleich zu einem herkömmlichen Encoderring nahezu kein Mehraufwand.A second embodiment uses lubricant flow-promoting elements, which are formed as the flow in the axial direction of conductive structures on the outer circumferential surface of the encoder ring. The structures act as flow guide and direct the lubricant in the axial direction in the Wälzkörperraum. The height of the structures is limited by the height of the gap, which remains when mounted in the rolling bearing sensor device between the encoder ring and a sensor disposed opposite the encoder ring sensor. The height of the structures should be maximally so large in the radial direction that there is no contact with the sensor in the most unfavorable tolerance case. The structures are preferably formed integrally with the encoder ring. They can be introduced during production into the mold cavity forming the encoder ring. This results in the production in comparison to a conventional encoder ring almost no overhead.
Die Strukturen können aus dem gleichen Werkstoff wie der Encoderring bestehen. Alternative Ausführungen verwenden für die Strukturen einen anderen Werkstoff. In diesem Fall ist sicherzustellen, dass die Werkstoffe gut miteinander verbindbar sind, um eine gute Anbindung der Strukturen an den Encoderring zu gewährleisten. Bei magnetischen Encoderringen, die zumeist aus einem Elastomer als Trägermatrix und darin eingebettetem magnetisierbarem oder magnetischem Material bestehen, sollte für die Strukturen vorzugsweise ein magnetisch neutraler Werkstoff mit der gleichen Elastomerbasis wie der für den Encoderring eingesetzte Werkstoff Verwendung finden, um beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Temperatur bedingter Ausdehnungen auftretende Spannungen zu vermeiden.The structures can be made of the same material as the encoder ring. Alternative designs use a different material for the structures. In this case, it must be ensured that the materials can be connected well with one another in order to ensure a good connection of the structures to the encoder ring. In the case of magnetic encoder rings, which usually consist of an elastomer as carrier matrix and of magnetizable or magnetic material embedded therein, preferably a magnetically neutral material having the same elastomer base as the material used for the encoder ring should be used for the structures, for example due to different temperature-related expansions to avoid occurring stresses.
Die Strukturen sind vorteilhafterweise als sich in radialer Richtung erstreckende Leitplatten ausgebildet. Die Leitplatten verlaufen hierbei winklig zu der Rotationsachse des Encoderrings. Diese Variante eignet sich für Anwendungen, bei denen das Wälzlager vorzugsweise nur in einer Drehrichtung betrieben wird. Für Anwendungen, die einen Betrieb des Wälzlagers in beide Drehrichtungen erfordern, kommen bevorzugt Strukturen mit einem V-förmigen oder dreieckigen Querschnittsprofil zum Einsatz. Die verwendeten Strukturen haben den Vorteil, dass sie einen höheren Schmiermittelvolumenstrom in das Lager ermöglichen, wodurch sich die Schmierbedingungen weiter verbessern lassen. Es werden keine Zusatzelemente zur Realisierung des Schmiermitteldurchflusses benötigt. Die Wartungsfreiheit ist als weiterer Vorteil zu nennen.The structures are advantageously designed as guide plates extending in the radial direction. The guide plates extend at an angle to the axis of rotation of the encoder ring. This variant is suitable for applications in which the rolling bearing is preferably operated only in one direction of rotation. For applications that require operation of the rolling bearing in both directions of rotation, preferably structures with a V-shaped or triangular cross-sectional profile are used. The structures used have the advantage that they allow a higher lubricant volume flow into the bearing, whereby the lubrication conditions can be further improved. There are no additional elements needed to realize the lubricant flow. The freedom from maintenance is to be mentioned as a further advantage.
Der Encoderring ist vorzugsweise als magnetischer Encoderring ausgebildet.The encoder ring is preferably designed as a magnetic encoder ring.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung umfasst zunächst ein Wälzlager mit einem Außenring, einem relativ zu dem Außenring drehbaren Innenring und zwischen Außenring und Innenring angeordneten Wälzkörpern. Die Wälzlageranordnung beinhaltet weiterhin eine Sensoreinrichtung mit mindestens einer Sensoreinheit, welche an einer zu der Rotationsachse des Wälzlagers senkrecht stehenden Stirnfläche des Außenrings befestigt ist und den beschriebenen Encoderring, welcher an einer zu der Rotationsachse des Wälzlagers senkrecht stehenden Stirnfläche des Innenrings befestigt ist.The rolling bearing assembly according to the invention initially comprises a rolling bearing with an outer ring, a rotatable relative to the outer ring inner ring and disposed between the outer ring and inner ring rolling elements. The rolling bearing assembly further includes a sensor device with at least one sensor unit, which is attached to a perpendicular to the axis of rotation of the rolling bearing end face of the outer ring and the described encoder ring, which is fixed to a perpendicular to the axis of rotation of the rolling bearing end face of the inner ring.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Encoderrings gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 eine Seitenwand des Encoderrings gemäß der ersten Ausführungsform; -
3 eine Vorderansicht des Encoderrings gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
4 eine Außenmantelfläche des Encoderrings gemäß der zweiten Ausführungsform.
-
1 a front view of an inventive encoder ring according to a first embodiment; -
2 a side wall of the encoder ring according to the first embodiment; -
3 a front view of the encoder ring according to a second embodiment; -
4 an outer circumferential surface of the encoder ring according to the second embodiment.
Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Encoderrings wird nachfolgend anhand der
Eine zweite Ausführungsform des Encoderrings wird nachfolgend anhand der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Encoderringencoder ring
- 0202
- magnetisierte Bereichemagnetized areas
- 0303
- Öffnungenopenings
- 0404
- Seitenwändeside walls
- 0505
- AußenmantelflächeOuter casing surface
- 0606
- --
- 0707
- Strukturenstructures
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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