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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Lager.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Gebiet der Großwälzlager, die axiale und radiale Lasten aufnehmen können, und die einen Innenring und einen Außenring haben, die konzentrisch um eine Rotationsachse angeordnet sind, die in einer axialen Richtung verläuft.
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Solche Großwälzlager können beispielsweise in einer Tunnelbohrmaschine, in einer Bergabbaumaschine oder in einer Windturbine verwendet werden.
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Ein Großwälzlager weist zwei konzentrische Innen- und Außenringe und zumindest zwei Reihen von Wälzkörpern, wie beispielsweise Rollen, auf, die zwischen den Ringen angeordnet sind. Solche Wälzlager sind allgemein sowohl axial als auch radial belastet, häufig mit relativ großen Lasten. In diesem Fall wird Bezug auf ein Orientierungsrollenlager oder ein Schwenkrollenlager genommen.
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Als ein Ergebnis von schweren Lasten nutzen sich Teile des Wälzlagers, genauer die Laufbahnen der Wälzkörper, ab. Die Abnutzung der Ringe und Wälzkörper führt zu einem signifikanten Anstieg des initialen Lagerspiels. Wenn die Abnutzung einen bestimmten Wert überschreitet, kann dies zu einem dramatischen Lagerausfall führen.
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Das Messen der Abnutzung des Lagers durch den Spielanstieg, der eine relative axiale und radiale Verschiebung der Ringe verursacht, hilft, eine Restlebensdauer des Lagers vorherzusagen.
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Solche ungewünschten Bewegungen beeinflussen die korrekte Arbeitsweise des Lagers und der Anwendung mit dem Risiko, dass die Lagerringe in Kontakt kommen und zusammenstoßen. Andere Elemente, die an den Lagerringen angebracht sind, können auch zusammenstoßen.
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Es ist üblich, die Lager zu ersetzen, wenn sie abgenutzt sind. Solche Wartungseingriffe sind teuer, insbesondere aufgrund des Abschaltzeitbedarfs für die Maschinen oder Anlagen. Es ist daher wünschenswert, dass solche Wartungseingriffe rechtzeitig, bevor irgendein Kontakt zwischen den Lagerringen auftritt, aber auch nicht zu früh durchgeführt werden.
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Um den Lagerzustand während seiner Lebensdauer zu überwachen, weist das Wälzlager, das in der Patentanmeldung
FR-A1-3 041 396 offenbart ist, ein ringförmiges magnetisches Zielobjekt, das an dem Innenring befestigt ist, und einen Sensor auf, der an dem Außenring befestigt ist und dem magnetischen Zielobjekt zugewandt ist. Dementsprechend können axiale und winklige relative Bewegungen zwischen dem Innen- und dem Außenring detektiert werden.
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Jedoch erfordert dies die Montage des ringförmigen magnetischen Zielobjekts an dem Innenring, der mehrere Meter Durchmesser haben kann.
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Bezug kann auch auf das Wälzlager genommen werden, das in dem Patent
US-B2-10,041,545 offenbart ist und einen Kodierer aufweist, der mit einem magnetischen Streifenabschnitt ausgestattet ist, der in einer flachen Weise gegen den Außenring angebracht ist und mit einem Sensor, der an dem Innenring befestigt ist, zusammenwirkt.
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Jedoch ist es mit einer solchen Anordnung nicht möglich, die axialen relativen Verschiebungen zwischen dem Innen- und Außenring ungeachtet der Rotationsposition der Ringe zu messen, sondern nur wenn der Außenring in einer Rotationsposition ist, in der der magnetische Streifenabschnitt vor dem Sensor des Innenrings ist.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager, das einen ersten Ring und einen zweiten Ring aufweist, die in der Lage sind, konzentrisch relativ zueinander zu rotieren.
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Gemäß einem allgemeinen Merkmal ist zumindest eine ringförmige Nut an dem zweiten Ring gebildet und in Richtung des ersten Rings orientiert.
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Gemäß einem anderen allgemeinen Merkmal weist das Lager des Weiteren zumindest ein Zielelement auf, das in der Nut des zweiten Rings in Eingriff ist, während es bezüglich des zweiten Rings frei in der Nut in der umfänglichen Richtung gleiten kann. Das Zielelement kragt in ein Loch aus, das an dem ersten Ring gebildet ist, so dass das Zielelement in Rotation durch den ersten Ring blockiert ist, wenn der zweite Ring rotiert und der erste Ring feststehend ist.
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Das Lager weist auch zumindest einen Sensor, der an dem ersten Ring befestigt ist und dem Zielelement zugewandt ist, um axiale Positionen des Zielelements zu detektieren. Das Zielelement ist in der axialen Richtung bezüglich des zweiten Rings fixiert. Axiale Spalte sind zwischen dem Zielelement und der Wand des Lochs des ersten Rings vorgesehen.
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Dank der Erfindung kann eine axial relative Verschiebung zwischen den Ringen unbeachtet der Rotationsposition der Ringe genau detektiert werden. Tatsächlich wird eine axiale Position des gleitenden Zielobjekts, das sich axial zusammen mit dem zweiten Ring bewegt, durch den Sensor detektiert. Abgesehen davon gibt es keinen Bedarf, ein ringförmiges magnetisches Zielobjekt an einem der Ringe zu befestigen. Die Nut, in der das Zielelement in Eingriff ist, kann einfach an dem zugehörigen Ring maschinell hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise ist das Zielelement mit einem Zielobjekt ausgestattet, das eine Spur hat, die in der axialen Richtung kodiert ist und dem Sensor zugewandt ist. Das Zielelement kann des Weiteren mit einem Zielobj ekthalter ausgestattet sein, der in der Nut des zweiten Rings in Eingriff ist und das Zielobjekt trägt.
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In einer Ausführungsform ist die Längsachse des Sensors senkrecht zu der Achse des Lagers.
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Vorteilhafterweise ist der Sensor in dem Loch des ersten Rings angeordnet. Das Loch kann sich radial von einer axialen zylindrischen Fläche des ersten Rings erstrecken, die radial dem zweiten Ring zugewandt ist, und öffnet sich an einer gegenüberliegenden axialen zylindrischen Fläche, die radial an der Seite gegenüberliegend zu dem zweiten Ring angeordnet ist. Dementsprechend ist der Sensor in das Durchgangsloch eingeführt und in seiner finalen Position in einer einfachen Weise angeordnet. Der erste Ring kann des Weiteren einen Stopfen aufweisen, der das Durchgangsloch abdichtet.
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Vorzugsweise wird der Sensor in einem festen Abstand von dem Zielelement gehalten.
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In einer Ausführungsform kommt der Sensor in radialen Kontakt mit dem Zielelement. Das Lager kann des Weiteren ein Vorspannelement aufweisen, das zwischen dem ersten Ring und dem Sensor angeordnet ist, um den Kontakt zwischen dem Sensor und dem Zielelement zu halten. Das Vorspannelement übt eine permanente Kraft auf den Sensor aus, um den radialen Kontakt mit dem Zielelement, insbesondere in dem Fall einer relativen radialen Verschiebung zwischen den Ringen, sicherzustellen. Das Vorspannelement kann eine Feder aufweisen.
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In einer anderen Ausführungsform bleibt der Sensor radial von dem Zielelement beabstandet. In diesem Fall ist der Sensor dem Zielelement radial ohne Kontakt zugewandt.
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In einer besonderen Ausführungsform kann das Lager des Weiteren eine Führung, die in dem Loch des ersten Rings gesichert ist, einen Gleitschlitten, der an der Führung befestigt ist, radial relativ zu der ersten Führung bewegbar ist, und auf dem der Sensor gesichert ist, einen zusätzlichen Sensor, der an dem Gleitschlitten oder der Führung angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, axiale Positionen des Gleitschlittens relativ zu der Führung zu detektieren, und ein Vorspannelement aufweisen, um den radialen Kontakt zwischen dem Zielelement und der Nut beizubehalten. Das Vorspannelement kann radial zwischen der Führung und dem Gleitschlitten angeordnet sein.
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Dementsprechend kann auch eine radiale relative Verschiebung zwischen den Ringen mit der radialen Position des Gleitschlittens, der den Sensor trägt, relativ zu der Führung detektiert werden.
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In einer Ausführungsform weist das Lager des Weiteren zumindest eine Reihe von Wälzkörpern auf, die zwischen Laufbahnen angeordnet sind, die an dem ersten und dem zweiten Ring vorgesehen sind.
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Das Lager kann des Weiteren eine erste und eine zweite Dichtung aufweisen, die zwischen dem ersten und dem zweiten Ring angeordnet sind und zusammen einen geschlossenen Wälzraum begrenzen, in dem die Reihe von Wälzkörpern, der Sensor und das Zielelement untergebracht sind.
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In einer Ausführungsform kann das Lager des Weiteren zumindest eine zusätzliche Dichtung aufweisen, die in dem geschlossenen Abrollraum angeordnet ist und zusammen mit einer der ersten und der zweiten Dichtung einen geschlossenen Detektionsraum begrenzt, in dem sich die Nut öffnet.
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In einer Ausführungsform weist das Lager zumindest eine Reihe von axialen Wälzkörpern, die zwischen radialen Laufbahnen angeordnet sind, die an den Ringen vorgesehen sind, und zumindest eine Reihe von radialen Wälzkörpern aufweist, die zwischen axialen Laufbahnen angeordnet sind, die an den Ringen vorgesehen sind, wobei der zweite Ring einen auskragenden Vorsprung aufweist, der in Eingriff mit einer ringförmigen Nut des ersten Rings ist und der radial von einer axialen zylindrischen Fläche des zweiten Rings auskragt, wobei die Nut auf der axialen zylindrischen Fläche gebildet ist.
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Der Begriff „axiale Wälzkörper“ ist als Wälzkörper zu verstehen, die dazu ausgebildet sind, axiale Lasten aufzunehmen, wohingegen der Begriff „radiale Wälzkörper“ als Wälzkörper zu verstehen ist, die dazu ausgebildet sind, radiale Lasten aufzunehmen.
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Der Vorsprung des zweiten Rings kann des Weiteren mit zwei gegenüberliegenden radialen Flanken ausgestattet sein, die die axiale zylindrische Fläche axial begrenzen, wobei eine der radialen Flanken zumindest teilweise die radiale Laufbahn des zweiten Rings begrenzt.
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In einer Ausführungsform weist das Lager zumindest zwei Reihen von axialen Wälzkörpern auf, die jeweils zwischen radialen Laufbahnen, die an den Ringen vorgesehen sind, angeordnet sind, wobei die zwei Reihen von axialen Wälzkörpern axial an jeder Seite des Vorsprungs des zweiten Rings angeordnet sind.
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In einer Ausführungsform kann der Sensor ein magnetischer Sensor, ein induktiver Sensor oder ein optischer Sensor sein.
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Die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden besser durch ein Studium der detaillierten Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen verstanden werden, die als nicht beschränkende Beispiele angegeben und durch die angehängten Zeichnungen dargestellt sind, in denen:
- 1 ein Teilquerschnitt eines Wälzlagers gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung ist;
- 2 eine Detailansicht von 1 ist, und
- 3 ein Teilquerschnitt eines Wälzlagers gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung ist.
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Das Wälzlager, wie es in 1 dargestellt ist, ist ein Großwälzlager, das einen ersten Ring 10 und einen zweiten Ring 12 aufweist. In dem dargestellten Beispiel ist der erste Ring 10 der Außenring, wohingegen der zweite Ring 12 der Innenring ist. In diesem Beispiel ist der Innenring 12 ein rotierender Ring und der Außenring 10 ist ein nichtrotierender Ring. Das Wälzlager kann beispielsweise in einer Tunnelbohrmaschine, einer Windturbine oder irgendwelchen anderen Anwendungen verwendet werden, die ein Großwälzlager verwenden.
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Der Außen- und der Innenring 10, 12, sind konzentrisch und erstrecken sich axial entlang der Lagerrotationsachse X-X', die in einer axialen Richtung verläuft. Die Ringe 10, 12 sind solider Bauart.
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Der Außenring 10 ist als ein geteilter Ring gebildet und weist einen ersten Ring 14 und einen zweiten Ring 16 auf, die einer relativ zu dem anderen in der axialen Richtung gestapelt sind. Jeder des ersten und des zweiten Rings 14, 16 des Außenrings 10 ist mit mehreren ausgerichteten Durchgangslöchern (nicht gezeigt) ausgestattet, um durch Passschrauben verbunden zu werden.
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In dem dargestellten Beispiel weist das Wälzlager zwei Reihen von axialen Rollen 18, 20, die zwischen dem Außen- und dem Innenring 10, 12 angeordnet sind, um ein Axiallager zu bilden, und eine Reihe von radialen Rollen 22 auf, die zwischen den Ringen angeordnet sind, um ein Radiallager zu bilden.
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Wie später beschrieben wird, weist das Wälzlager auch einen Sensor 24 zum Detektieren einer axialen relativen Verschiebung zwischen dem Außen- und dem Innenring 10, 12 auf. In dem dargestellten Beispiel ist der Sensor 24 an dem Außenring 10 befestigt.
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Die Rollen 18, 20, 22 einer Reihe sind identisch zueinander. Jede Rolle 18, 20, 22 weist eine zylindrische Außenabrollfläche und zwei gegenüberliegende stirnseitige Endflächen auf, die die Außenabrollfläche begrenzen. Die Rotationsachse jeder Rolle 22 ist parallel zu der Achse X-X' des Lagers und senkrecht zu den Achsen jeder der Rollen 18, 20. In dem dargestellten Beispiel ist die axiale Länge der Rollen 18 größer als die der Rollen 20. Alternativ kann die axiale Länger der Rollen 18 kleiner sein als die der Rollen 20, oder kann gleich sein.
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Die Rollen 18 sind axial zwischen ringförmigen radialen Laufbahnen 26, 28 angeordnet, die jeweils an dem Innen- und dem Außenring 12, 10 gebildet sind. Jede radiale Laufbahn 26, 28 hat im Querschnitt ein gerades Innenprofil in Kontakt mit den Abrollflächen der Rollen 18. Die Laufbahnen 26, 28 sind einander in der axialen Richtung zugewandt.
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Die Rollen 20 sind axial zwischen den ringförmigen radialen Laufbahnen 30, 32 angeordnet, die jeweils an dem Innen- und dem Außenring 12, 10 gebildet sind. Jede radiale Laufbahn 30, 32 hat im Querschnitt ein gerades Innenprofil in Kontakt mit den Abrollflächen der Rollen 20. Die Laufbahnen 30, 32 sind einander axial zugewandt. Die Reihen von Rollen 18, 20 sind voneinander in der axialen Richtung beabstandet.
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Die Rollen 22 sind radial zwischen ringförmigen axialen Laufbahnen 34, 36 angeordnet, die jeweils an dem Innen- und dem Außenring 12, 10 gebildet sind. Jede axiale Laufbahn 34, 36 hat im Querschnitt ein gerades Innenprofil in Kontakt mit den Abrollflächen der Rollen 22. Die Laufbahnen 34, 36 sind ineinander in der radialen Richtung zugewandt. Die Reihe von Rollen 22 ist radial nach außen bezüglich der Reihe von Rollen 18, 20 versetzt. Die Reihe von Rollen 22 ist axial zwischen den Reihen von Rollen 18, 20 angeordnet.
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Der Außenring 10 weist eine ringförmige Nut 38 auf, die sich in einer radialen Richtung nach innen in Richtung des Innenrings 12 öffnet. Der Außenring 10 weist eine gestufte zylindrische Innenfläche oder -bohrung 10a auf, aus der die Nut 38 gebildet ist. Der Außenring 10 weist auch eine zylindrische Außenfläche 10b auf, die radial gegenüberliegend zu der Bohrung 10a ist. Der Außenring 10 weist des Weiteren zwei gegenüberliegende radiale stirnseitige Flächen 10c, 10d auf, die axial die Bohrung 10a und die Außenfläche 10b des Rings begrenzen.
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Der Innenring 12 weist einen ringförmigen auskragenden Vorsprung 40 auf, der in die ringförmige Nut 38 des Außenrings 10 eingreift. Der Vorsprung 40 erstreckt sich radial nach außen.
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Der Innenring 12 weist eine zylindrische Innenbohrung 12a und eine gestufte zylindrische Außenfläche 12b auf, die radial gegenüberliegend zu der Bohrung 12a ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Bohrung 12a des Innenrings 12 mit einer Verzahnung (ohne Bezugszeichen) ausgestattet. Der Innenring 12 weist des Weiteren zwei gegenüberliegende radiale stirnseitige Flächen 12c, 12d auf, die axial die Bohrung 12a und die zylindrische Außenfläche 12b begrenzen. Der auskragende Vorsprung 40 kragt radial von der zylindrischen Außenfläche 12b aus.
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Die Reihen von Rollen 18, 20 sind axial zwischen dem Vorsprung 40 des Innenrings und der Nut 38 des Außenrings angeordnet. Die Reihen von Rollen 18, 20 sind an jeder Seite des Vorsprungs 40 des Innenrings angeordnet. Die radiale Laufbahn 26 ist an dem Vorsprung 40 und an einem radialen Abschnitt der gestuften zylindrischen Außenfläche 12b des Innenrings angeordnet. Alternativ kann die radiale Laufbahn 26 vollständig an dem Vorsprung 40 angeordnet sein. Die radiale Laufbahn 30 ist an dem Vorsprung 40 angeordnet. Die radialen Laufbahnen 28, 32 sind an der Nut 38 des Außenrings angeordnet.
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Genauer begrenzt eine erste radiale Flanke des Vorsprungs 40 teilweise die radiale Laufbahn 26 für die Rollen 18. Eine erste radiale Flanke der Nut 38, die axial der ersten radialen Flanke des Vorsprungs 40 zugewandt ist, begrenzt die radiale Laufbahn 28 für die Rollen 18. Eine zweite Flanke des Vorsprungs 40 und eine zugewandte zweite Flanke der Nut 38 begrenzen jeweils die radialen Laufbahnen 30, 32 für die Rollen 20. Die gegenüberliegende erste und zweite Flanke des Vorsprungs 40 begrenzen axial den Vorsprung. In ähnlicher Weise begrenzen die gegenüberliegende erste und zweite Flanke der Nut 38 axial die Nut. Jede der ersten und zweiten Flanke des Vorsprungs 40 erstreckt radial die zylindrische Außenfläche 12b des Innenrings.
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Die Reihe von Rollen 22 ist radial zwischen dem Vorsprung 40 des Innenrings und der Nut 38 des Außenrings angeordnet. Die axialen Laufbahnen 34, 36 sind jeweils an dem Vorsprung 40 und der Nut 38 angeordnet. Eine zylindrische Außenfläche des Vorsprungs 40 begrenzt die axiale Laufbahn 34. Die zylindrische Außenfläche des Vorsprungs 40 und die zylindrische Außenfläche 12b sind radial versetzt. Als ein Ergebnis sind die axiale Laufbahn 34 und die zylindrische Außenfläche 12b auch radial versetzt. Die zylindrische Außenfläche des Vorsprungs 40 erstreckt sich axial zwischen den gegenüberliegenden radialen Flanken des Vorsprungs.
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Ein axialer Boden der Nut 38 begrenzt die axiale Laufbahn 36. In dem dargestellten Beispiel ist ein ringförmiger Spalt 41 in dem Boden der Nut 38 gebildet und begrenzt die axiale Laufbahn 36. Die axiale Laufbahn 36 ist radial der zylindrischen Außenfläche des Vorsprungs 40 zugewandt, auf der die axiale Laufbahn 34 gebildet ist.
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In dem dargestellten Beispiel ist der Innenring 12 einstückig hergestellt. Alternativ kann der Innenring 12 in der axialen Richtung in zumindest zwei getrennte Teile geteilt sein, die aneinander gesichert sind. In einer anderen Variante kann der Vorsprung 40 getrennt von dem Hauptteil des Innenrings hergestellt sein.
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Wie vorher erwähnt, ist der Außenring 10 in der axialen Richtung in zwei getrennte Teile, den ersten Ring 14 und den zweiten Ring 16, geteilt. Der erste und der zweite Ring 14, 16 begrenzen zusammen die Nut 38. Die radiale Laufbahn 28 ist an dem ersten Ring 14 angeordnet und die radiale Laufbahn 32 ist an dem zweiten Ring 16 des Außenrings 10 angeordnet.
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Das Wälzlager weist des Weiteren an jeder Seite eine ringförmige Dichtung 42, 44 auf, die an dem Innenring 12 befestigt ist und vorgesehen ist, um den radialen Raum, der zwischen den Ringen 10, 12 existiert, zu schließen. Dieser radiale Raum ist zwischen der Bohrung 10a des Außenrings und der zylindrischen Außenfläche 12b und der Außenfläche des Vorsprungs 40 des Innenrings definiert.
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Ein geschlossener Raum 46 ist zwischen dem Innen- und dem Außenring 12, 14 und den Dichtungen 42, 44 definiert, in dem die Reihen von Wälzkörpern 18, 20 und 22 und der Sensor 24 untergebracht sind.
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Jede Dichtung 42, 44 ist in einer Nut (ohne Bezugszeichen) befestigt, die an der zylindrischen Außenfläche 12b des Innenrings gebildet ist, und kommt in Kontakt mit dem Außenring 10. Die Dichtung 42 kommt in Kontakt mit der radialen stirnseitigen Fläche 10c des Außenrings. Die Dichtung 44 kommt in Kontakt mit der Bohrung 10a des Außenrings axial nahe an der Reihe von Rollen 18. Alternativ könnte es möglich sein, eine umgekehrte Anordnung für zumindest eine der Dichtungen 42, 44 vorzusehen, wobei die Dichtung an dem Außenring 10 befestigt ist und in Reibkontakt mit dem Innenring 12 kommt.
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Wie vorher erwähnt, ist der Sensor 24 vorgesehen, um eine axial relative Verschiebung zwischen dem Außen- und dem Innenring 10, 12 zu detektieren. Zu diesem Zweck ist auch eine ringförmige Nut 50 an dem Innenring 12 gebildet und das Wälzlager ist mit einem gleitenden Zielelement 52 ausgestattet, das in Eingriff mit der Nut 50 ist. In diesem Beispiel kommt der Sensor 24 radial in Kontakt mit dem Zielelement 52.
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In dem dargestellten Beispiel ist die Nut 50 an der zylindrischen Außenfläche 12b des Innenrings gebildet. Die Nut 50 erstreckt sich radial nach innen von der der zylindrischen Außenfläche 12b. Die Nut 50 ist axial durch zwei ringförmige Seitenkanten oder Wände 50a, 50b begrenzt. Die Seitenwände 50a, 50b sind axial einander zugewandt. Die Seitenwände 50a, 50b sind axial voneinander beabstandet. Die Nut 50 weist auch einen ringförmigen Boden 50c auf, der mit den Seitenwänden 50a, 50b verbunden ist. Die zylindrische Außenfläche 12b des Innenrings und der Boden 50c der Nut sind radial versetzt.
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In dem dargestellten Beispiel erstrecken sich die Seitenwände 50a, 50b der Nut radial und der Boden 50c erstreckt sich axial. Die Nut 50 hat im Querschnitt eine rechteckige Form.
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Alternativ kann die Nut 50 andere Formen haben, beispielsweise einen V-förmigen Querschnitt. In diesem Fall erstrecken sich die Seitenwände 50a, 50b der Nut schräg und die Nut kann mit dem oder ohne den Boden 50c vorgesehen sein. Alternativ kann die Nut einen ringförmigen konischen Boden aufweisen, der mit einer oder zwei radialen Seitenwänden verbunden ist.
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Das Zielelement 52 ist in Eingriff in der Nut 50 und kragt in ein Loch 54 aus, das an dem Außenring 10 gebildet ist. Das Zielelement 52 kommt radial in Kontakt mit dem Boden 50c der Nut. Das Zielelement 52 ist nicht ringförmig. Das Zielelement 52 hat eine begrenzte Abmessung in der umfänglichen Richtung. Beispielsweise kann sich das Zielelement 52 über einen Winkelbereich erstrecken, der zwischen 10° und 30° enthalten ist.
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Das Zielelement 52 ist in der axialen Richtung bezüglich des Innenrings 12 fixiert. In anderen Worten bewegt sich das Zielelement 52 axial zusammen mit dem Innenring 12. In dem dargestellten Beispiel ist das Zielelement 52 axial durch die Wände 50a, 50b der Nut blockiert.
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Das Zielelement 52 ist frei in Rotation bezüglich des Innenrings 12 in der Nut 50 bewegbar. In anderen Worten ist das Zielelement 52 in der Lage, in der Nut 50 in der umfänglichen Richtung zu gleiten und ist in der axialen Richtung zu dem Innenring 12 für eine Translationsbewegung damit fixiert.
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Wie vorher erwähnt, kragt das Zielelement 52 in das Loch 54 des Außenrings aus. Das Zielelement 52 kragt radial in das Loch 54 aus. Das Loch 54 ist radial der Nut 50 des Innenrings zugewandt.
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Wie deutlicher in 2 gezeigt ist, sind ein erster und ein zweiter axialer Spalt 56, 58 zwischen dem Zielelement 52 und der Innenwand des Lochs 54 vorgesehen. Der erste und der zweite axiale Spalt 56, 58 sind axial an jeder Seite des Zielelements 52 vorgesehen. Somit ist die axiale Abmessung des Teils des Zielelements 52, der in das Loch 44 auskragt, kleiner als die axiale Abmessung des Abschnitts des Lochs, in dem der Teil des Zielelements angeordnet ist.
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Das Loch 54 ist bemessen und geformt, um das Zielelement 52 aufzunehmen und das Zielelement in Rotation zu blockieren, wenn der Innenring 12 relativ zu dem Außenring 10 rotiert. Das Loch 54 ist größer als die axiale Abmessung und die umfängliche Abmessung des Teils des Zielelements 52, der in das Loch auskragt, bemessen.
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Das Zielelement 52 ist mit einem Zielobjekthalter 60, der in Eingriff in der Nut 50 des Innenrings ist, und mit einem Zielobjekt 62 ausgestattet, das an dem Zielobjekthalter befestigt ist und radial in Kontakt mit dem Sensor 24 kommt.
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Der Zielobjekthalter 60 kragt in das Loch 54 des Außenrings aus. Der Zielobjekthalter 60 ist axial durch die Wände 50a, 50b der Nut blockiert. Der Zielobjekthalter 60 kommt radial in Kontakt mit dem Boden 50c der Nut. Der Zielobjekthalter 60 hat eine parallelepipede Form. Der Zielobjekthalter 60 kann aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein.
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In dem dargestellten Beispiel ist das Zielobjekt 62 in dem Loch 54 des Außenrings angeordnet. Das Zielobjekt 62 ist hier an der Außenfläche des Zielobjekthalters 60 befestigt. Das Zielobjekt 62 ist an dem Zielobjekthalter 60 durch irgendein geeignetes Mittel gesichert. Das Zielobjekt 62 hat eine Spur, die in der axialen Richtung kodiert und radial in Richtung des Sensors 24 orientiert ist.
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Beispielsweise ist das Zielobjekt 62 magnetischer Art und weist positive und negative alternierende Pole auf. In diesem Fall ist die Spur des Zielobjekts 62 in der axialen Richtung durch die Aufeinanderfolge von positiven und negativen Polen magnetisch kodiert.
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Das Loch 54 des Außenrings erstreckt sich von der Bohrung 10a und öffnet sich an der Außenfläche 10b (1). Der Sensor 24 ist in dem Loch 54 angeordnet. In dem dargestellten Beispiel ist der Sensor 24 vollständig in dem Loch 54 angeordnet. Alternativ kann der Sensor 24 radial in den radialen Raum auskragen, der zwischen dem Außen- und dem Innenring 10, 12 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Form des Durchgangslochs 54 komplementär zu der des Sensors 24.
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In dem dargestellten Beispiel weist das Loch 54 einen ersten Abschnitt (ohne Bezugszeichen), der sich von der Bohrung 10a erstreckt und in den das Zielelement 52 auskragt, und einen zweiten Abschnitt (ohne Bezugszeichen) auf, der sich radial von dem ersten Abschnitt erstreckt und der eine reduzierte Größe hat. Der Sensor 24 ist in dem zweiten Abschnitt des Lochs 54 befestigt und kragt radial in den ersten Abschnitt des Lochs aus. Alternativ kann das Loch 54 einen einzelnen Abschnitt aufweisen.
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Der Außenring 10 weist des Weiteren einen Stopfen 64 auf, der das Loch 54 schließt und abdichtet. Der Stopfen 64 ist radial in dem Durchgangsloch 54 angeordnet. Der Stopfen 64 ist in dem Durchgangsloch 54 durch irgendein geeignetes Mittel, beispielsweise durch Kraftschluss, gesichert. Der Stopfen 64 ist bündig mit der zylindrischen Außenfläche 10b (1) des Außenrings.
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Das Wälzlager weist des Weiteren eine Feder 66 auf, die radial zwischen dem Stopfen 64und dem Sensor 24 angeordnet ist. Die Feder 66 übt eine radiale permanente Vorspannkraft auf den Sensor 24 auf, um einen konstanten Kontakt zwischen dem Sensor 24 und dem Zielelement 52 sicherzustellen. Die Feder 66 stellt auch sicher, den Kontakt zwischen dem Boden 50c der Nut und dem Zielelement 52 beizubehalten.
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Die Feder 66 wirkt als ein Vorspannelement. Ein erstes Ende der Feder 66 liegt gegen den Stopfen 64 an und das gegenüberliegende zweite Ende liegt gegen den Sensor 24 an. In dem dargestellten Beispiel ist die Feder 66 eine Druckfeder. Alternativ könnte es möglich sein, ein anderes Vorspannelement vorzusehen, um eine permanente Kraft auf den Sensor 24 auszuüben, beispielsweise eine elastische Scheibe, wie beispielsweise eine Tellerfeder.
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Der Sensor 24 weist einen Sensorkörper 70 auf, der in dem Durchgangsloch 54 des Außenrings befestigt ist. Der Sensorkörper 70 ist in dem Durchgangsloch 54 durch irgendein geeignetes Mittel, beispielsweise durch Kraftschluss, gesichert. Der Sensorkörper 70 kommt radial in Kontakt mit dem Zielelement 52, nämlich mit dem Zielobjekt 62. Der Sensor 24 kann ein linearer Absolutsensor sein.
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In dem offenbarten Beispiel weist der Sensor 24 auch ein Ausgangsverbindungskabel 72 zum Übertragen von Messdaten auf, das sich nach außen relativ zu dem Sensorkörper 70 erstreckt. Das Ausgangskabel 72 erstreckt sich radial nach außen. Der Stopfen 64 ist mit einer Durchgangsöffnung (ohne Bezugszeichen) ausgestattet, in der das Ausgangskabel 72 durchgehen kann. Das Ausgangskabel 72 verbindet den Sensor 24 mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) des Wälzlagers, um gemessene Messungen zu übertragen. Alternativ kann der Sensor 24 in dem Fall eines kabellosen Sensors frei von einem solchen Ausgangskabel sein.
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Der Sensorkörper 70 des Sensors hat eine Längsachse 74, die sich radial erstreckt. Die Achse 74 bildet auch die Längsachse des Sensors 24. Die Achse 74 ist senkrecht zu der Achse X-X' (1) des Wälzlagers. Die Achse 74 ist senkrecht zu der Spur des Zielobjekts 62 des Zielelements.
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Der Sensor 24 ist in der Lage, das magnetische Feld, das durch das Zielobjekt 62 des Zielelements erzeugt wird, zu detektieren. Beispielsweise kann der Sensor 24 ein Halleffektsensor sein.
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Wie vorher erwähnt, rotiert in diesem Beispiel der Innenring 12, während der Außenring 10 stationär bleibt. Während der Rotation des Innenrings 12 ist das Zielelement 52 in Rotation durch die Wand des Lochs 54 des Außenrings blockiert. Somit rotiert der Innenring 12 relativ zu dem Zielelement 52 und dem Außenring 10.
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Wenn eine axiale Verschiebung des Innenrings 12 relativ zu den Außenringen auftritt, resultiert dies in einer korrespondierenden axialen Verschiebung des Zielelements 52 relativ zu dem Sensor 24, die durch den Sensor 24 detektiert wird.
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Tatsächlich emittiert der Sensor 24 Signale, die der magnetischen Kodierung der Spur des Zielobjekts 62 des Zielelements entsprechen. Die Steuereinheit, die mit dem Sensor verbunden ist, berechnet den korrespondierenden Wert der axialen Verschiebung des Innenrings 12 relativ zu dem Außenring 10.
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Axiale Spalten 56, 58, die zwischen dem Zielelement 52 und der Innenwand des Lochs 54 vorgesehen sind, ermöglichen es, axiale Kontakte zwischen dem Zielelement und dem Au-ßenring 10 zu vermeiden, wenn sich der Innenring 12 axial bewegt.
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Wiederum unter Bezugnahme auf 1 weist in dem dargestellten Beispiel das Wälzlager des Weiteren eine zusätzliche Dichtung 80 auf, die in dem geschlossenen Raum 46 angeordnet ist, der durch die Dichtungen 42, 44 begrenzt ist. Die Dichtung 80 ist axial nahe an der Dichtung 42 angeordnet. Die Dichtung 80 ist axial zwischen der Dichtung 42 und der Reihe von axialen Rollen 20 angeordnet. In dem dargestellten Beispiel ist die Dichtung 80 in einer Nut (ohne Bezugszeichen) befestigt, die an der zylindrischen Außenfläche 12b des Innenrings gebildet ist, und kommt in Kontakt mit dem Außenring 10. Die Dichtung 80 kommt in Kontakt mit der Bohrung 10a des Außenrings nahe an dem Loch 54. Alternativ kann die Dichtung 80 an dem Außenring 14 befestigt sein und in Reibkontakt mit dem Innenring 12 kommen.
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Radial zwischen dem Außen- und dem Innenring 10 und 12 begrenzt die Dichtung 80 zusammen mit der Dichtung 42 einen geschlossenen Detektionsraum (ohne Bezugszeichen), in dem sich die Nut 50 des Innenrings und das Loch 54 des Außenrings öffnen. Nur die Nut 50, das Loch 54, das Zielelement 52 und der Sensor 24 sind in dem Detektionsraum angeordnet. Es gibt keine Reihe von Rollen in dem Detektionsraum. Dies reduziert das Risiko, dass eine Verschmutzung, wie beispielsweise Fett, Staub, Wasser, den Sensor 24 erreicht.
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Das in 3 gezeigte Beispiel unterscheidet sich von dem ersten Beispiel hauptsächlich darin, dass das Zielelement 52 eine andere Ausgestaltung hat. Der Zielobjekthalter 60 des Zielelements hat hier einen T-förmigen Querschnitt.
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In diesem Beispiel liegt der Zielobjekthalter 60 radial gegen eine radiale Schulter des Lochs 54 an, die vorgesehen ist, um das Zielelement 52 radial in dem Loch zu halten. Ein radialer Spalt (ohne Bezugszeichen) ist hier zwischen dem Zielobjekthalter 60 und dem Boden 50c der Nut in dem Fall einer radialen Verschiebung des Innenrings 12 relativ zu dem Außenring 10 vorgesehen.
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In diesem Beispiel hat das Zielobjekt 62 des Zielelements auch eine Spur, die in der axialen Richtung kodiert und radial in Richtung des Sensors 24 orientiert ist. Das Zielobjekt 62 kann magnetischer Art sein und der Sensor 24 kann ein linearer Absolutsensor sein. In diesem Beispiel ist ein kleiner radialer Spalt zwischen dem Zielobjekt 62 und dem Sensor 24 vorgesehen. Alternativ kann das Zielobjekt 62 radial in Kontakt gegen den Sensor 24 kommen.
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In ähnlicher Weise zu dem ersten Beispiel wird, wenn der Innenring 12 rotiert, das Zielelements 52 in Rotation durch die Wand des Lochs 54 des Außenrings blockiert. Somit rotiert der Innenring 12 relativ zu dem Zielelement 52 und dem Außenring 10.
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Wenn eine axiale Verschiebung des Innenrings 12 relativ zu den Außenringen auftritt, resultiert dies in einer korrespondierenden axialen Verschiebung des Zielelements 52 relativ zu dem Sensor 24, die durch den Sensor detektiert wird.
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In dem dargestellten Beispiel ist die Nut 50 an der zylindrischen Außenfläche 12b des Innenrings axial zwischen der Reihe von axialen Rollen 20 und der Dichtung 42 gebildet. Alternativ könnte es gemäß der Ausgestaltung des Wälzlagers möglich sein, die Nut 50 an einer anderen Zone der zylindrischen Außenfläche 12b oder an der zylindrischen Außenfläche des Vorsprungs 40 des Innenrings, auf der die axiale Laufbahn 34 gebildet ist, vorzusehen. In diesem letzten Fall ist der Sensor 24 axial zwischen der Reihe von radialen Rollen 22 und der Reihe von axialen Rollen 20 oder 18 angeordnet.
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In den dargestellten Beispielen verwenden das Zielobjekt 62 des Zielelements und der Sensor 24 Magnettechnologie. Alternativ können das Zielelement und der Sensor irgendeine andere geeignete Technologie, beispielsweise optische Technologie verwenden.
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Ansonsten, wie vorher erwähnt ist, ist der erste Ring des Wälzlagers in diesen dargestellten Beispielen der feststehende Außenring 10, wohingegen der zweite Ring der rotierende Innenring 12 ist.
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Als eine Alternative könnte es möglich sein, eine umgekehrte Anordnung vorzusehen, wobei der erste Ring den feststehenden Innenring bildet und der zweite Ring den rotierenden Außenring bildet. In diesem Fall ist die Nut 50 an der axialen zylindrischen Innenfläche des Außenrings, die die Bohrung des Außenrings bildet, gebildet und der Sensor 24 ist an dem Innenring befestigt.
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In den beschriebenen Beispielen ist das Wälzlager mit drei Reihen von Wälzkörpern ausgestattet. Alternativ kann das Wälzlager nur eine Reihe von Wälzkörpern, oder zwei Reihen von Wälzkörpern, oder vier oder mehr Reihen von Wälzkörpern aufweisen. In dem dargestellten Beispiel sind die Wälzkörper Rollen. Das Wälzlager kann andere Arten von Wälzkörpern, beispielsweise Kugeln, aufweisen. In einer anderen Variante kann das Lager auch ein Gleitlager sein, das keine Wälzkörper hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 3041396 A1 [0009]
- US 10041545 B2 [0011]
