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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn sowie der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert sind, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring ein stromleitendes Element angeordnet ist, welches den Innenring mit dem Außenring stromleitend verbindet.
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Beim Einsatz von Wälzlagern z.B. in bzw. an elektrischen Maschinen oder innerhalb eines hybridisierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, kann es zu einem Stromdurchgang kommen. Die Schaltimpulse von Umrichtern führen beispielsweise zum Aufbau einer Spannung zwischen den Lagerringen von Wälzlagern. Diese Spannung wird durch Durchschläge immer wieder abgebaut. Unter ungünstigen Bedingungen kommt es infolge dessen zu Stromdurchgangsschäden an Laufbahnen und Wälzkörpern. Somit besteht die Gefahr eines vorzeitigen und unerwarteten Ausfalls des Lagers und damit der gesamten elektrischen Maschine. Neben dem erhöhten Wartungsaufwand entstehen durch den Stillstand der Maschine zusätzliche Kosten.
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Aus dem Stand der Technik sind stromisolierte Wälzlager bekannt, die schädliche Lagerströme unterbinden sollen. So werden beispielsweise Wälzlager mit einer Keramikisolierung am Außen- oder Innenring eingesetzt. Stromisolierte Wälzlager sind jedoch vergleichsweise teuer und werden daher nicht allzu häufig eingesetzt.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe der Erfindung eine Wälzlageranordnung mit einem verbesserten Schutz vor schädlichen Lagerströmen bereitzustellen. Es ist insbesondere auch die Aufgabe der Erfindung, eine Wälzlageranordnung bereitzustellen, die einen Schutz vor schädlichen Lagerströmen in einer naßlaufenden Wälzlageranordnung realisiert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn sowie der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, und die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gelagert sind, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring ein stromleitendes Element angeordnet ist, welches den Innenring mit dem Außenring stromleitend verbindet, wobei das stromleitende Element einen Metallschaum umfasst, der mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Klebstoffverbindung, an dem Innenring oder dem Außenring befestigt ist. Die Klebstoffverbindung erhöht die Montagefreundlichkeit des Metallschaums am Innenring oder Außenring nochmals. Es versteht sich, dass die stoffschlüssige Verbindung bevorzugt elektrisch leitend ausgebildet ist, insbesondere die Klebstoffverbindung elektrisch leitend ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Wälzlageranordnung kann diese einen reibungsarmen Schutz vor schädlichen Lagerströmen bereitstellen. Ferner ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch geeignet, bei naßlaufenden Wälzlagern angewendet zu werden, zum einen, da der Metallschaum durch seine Oberflächenstruktur eine sehr gute elektrische Kontaktierung ausbildet und gleichzeitig eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt. Die poröse, zellenartige Struktur und die Oberfläche des Metallschaums kann eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen zu einem Lagerring oder einer Armierung ausbilden, wodurch eine permanente elektrische Leitfähigkeit, selbst bei naßlaufenden Wälzlagern gewährleistet wird. So kann beispielsweise die Gefahr eines Aufbaus eines elektrisch nicht leitenden Ölfilms zwischen dem Metallschaum und einem Lagerring bzw. einer Armierung reduziert werden
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu ermöglichen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung und/oder Lagerung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen.
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Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers abrollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering. Ein Wälzlager kann ein- oder mehrreihig ausgebildet sein.
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Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Bei einem Axialwälzlager übertragen die Wälzkörper die auf das Axialwälzlager wirkenden Kräfte zwischen den Laufscheiben. Rollenförmige Wälzkörper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet.
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Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen.
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Wälzkörper können in einem Käfig oder durch Wälzkörperdistanzstücke geführt und voneinander beabstandet sein. Es ist grundsätzlich auch denkbar, ein käfigloses Wälzlager auszubilden, welches auch als vollrolliges Wälzlager bezeichnet wird. Bei vollrolligen Wälzlagern können sich benachbarte Wälzkörper kontaktieren.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht.
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Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht.
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Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Eine Armierung umschließt in der Regel mit einem abgewinkelten Schenkel den Außenring oder den Innenring des Wälzlagers und ist dabei über einen Presssitz lagefixiert. Die Armierung kann beispielsweise dazu dienen, das Lagerinnere vor Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen. Bevorzugt ist die Armierung aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Metall, gebildet, und besitzt eine ringartige Grundform.
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Ein Wälzlager kann eine Dichtung aufweisen, um ein Austreten von Schmiermittel aus dem Wälzlager oder ein Eintreten von Schmutz oder Feuchtigkeit in das Wälzlager zu verhindern. Hierzu können die eingesetzten Dichtungen mit einer oder mehreren Dichtlippen versehen sein, die an einem Bauteil des Wälzlagers anliegen können. Diese sind derart ausgelegt, dass sie zum einen möglichst über die gesamte Lebensdauer das Lager abdichten, andererseits die Reibung durch die anliegende Dichtung nicht zu hoch ist.
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Das Wälzlager kann ein Schmiermittel aufweisen, welches zur Reduzierung der Reibung und des Verschleißes zwischen sich bewegenden Bauteilen des Wälzlagers dient. Ein Schmiermittel kann ferner zur Kühlung und Wärmeabfuhr, zur Schwingungsdämpfung, zur Herstellung einer Dichtwirkung, zur Abfuhr von Schmutzstoffen sowie Abrieb, und/oder zum Korrosionsschutz in einer Wälzlageranordnung eingesetzt sein. Ein Schmiermittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe der Schmieröle, Schmierfette und/oder der Festkörperschmierstoffe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Metallschaum am Innenring und am Außenring angeordnet ist. Hierdurch kann der Metallschaum besonders gut und platzsparend in das Wälzlager integriert werden.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass das stromleitende Element eine ringförmige Armierung aufweist, welche einerseits an dem Innenring oder dem Außenring anliegt und anderseits den Metallschaum kontaktiert. Durch die Verwendung der Armierung kann die Menge an Metallschaum reduziert werden, die zur Sicherstellung einer elektrischen Kontaktierung zwischen Innenring und Außenring verwendet werden muss.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass die Armierung und der Metallschaum einen schleifenden Kontakt ausbilden. Es ist in diesem Zusammenhang besonders zu bevorzugen, dass die Armierung eine Vorspannung bezüglich des Metallschaums aufweist, so dass die Armierung bei einem reibungsbedingten Verschleiß an der Kontaktstelle zwischen Armierung und Metallschaum selbsttätig nachgeführt wird.
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Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der Metallschaum drehfest mit dem Innenring oder dem Außenring verbunden ist, wodurch sich insbesondere die Montagefreundlichkeit des Wälzlagers verbessern lässt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Armierung wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist durch die ein Schmierstoff aus dem Inneren des Wälzlagers austreten und/oder in das Innere des Wälzlagers eintreten kann, was insbesondere für naßlaufende Wälzlager von Vorteil sein kann.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Metallschaum aus einem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung oder Stahl oder einer Stahllegierung gebildet ist. Diese Materialien haben sich als besonders geeignet für eine Anwendung als stromleitendes Element innerhalb eines Wälzlagers herausgestellt.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Metallschaum offenporig ausgebildet ist, so dass beispielsweise ein Schmieröl von dem Metallschaum aufgenommen werden kann, was die elektrische Leitfähigkeit bzw. Kontaktfähigkeit zwischen dem Metallschaum und einem Lagerring bzw. einer Armierung bei einem naßlaufenden Wälzlager noch einmal verbessert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht,
- 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, und
- 5 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht.
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1 zeigte eine erste Ausführungsform einer Wälzlageranordnung 1 umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4 und Wälzkörpern 5. Der Innenring 3 weist eine Innenringlaufbahn 6 sowie der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 7 auf. Die Wälzkörper 5 sind zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert, wobei zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 ein stromleitendes Element 8 angeordnet ist, welches den Innenring 3 mit dem Außenring 4 stromleitend verbindet. Das stromleitende Element 8 umfasst einen Metallschaum 9. In der Ausführungsform der 1 besteht das gesamte stromleitende Element 8 aus einem Metallschaum 9. Das stromleitende Element 8 ist in diesem ersten Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet und entweder drehfest am Innenring 3 oder am Außenring 4 angeordnet. Das freie Ende des stromleitenden Elements 8 kontaktiert schleifend den entsprechenden Lagerring 3,4 um so eine elektrische Verbindung zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 herzustellen.
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Das stromleitende Element 8 kann neben dem Metallschaum 9 ferner eine ringförmige Armierung 10 aufweisen, welche einerseits an dem Außenring 4 anliegt und anderseits den Metallschaum 9 kontaktiert. Dies ist beispielsweise in der 2 gezeigt. In dieser Ausführungsform der 2 ist eine ringförmige Armierung 10 drehfest an dem Außenring 4 befestigt, beispielsweise über einen Presssitz. Der radial innere Umfang der ringförmigen Armierung 10 bildet mit dem Metallschaum 9 einen schleifenden Kontakt aus. Der Metallschaum 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel drehfest mit dem Innenring 3 verbunden. Dies kann beispielsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Klebstoffverbindung, realisiert sein.
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Die Armierung 10 besitzt eine Vorspannung bezüglich des Metallschaums 9, so dass die Armierung 10 bei einem reibungsbedingten Verschleiß an der Kontaktstelle zwischen Armierung 10 und Metallschaum 9 selbsttätig nachgeführt wird. In den gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 resultiert die Vorspannung aus der geometrischen Ausgestaltung der Armierung 10, welche an ihrem radial inneren Umfang gegenüber einem radial verlaufenden Abschnitt in einem Winkel angestellt ist, wodurch sich eine gewisse Federelastizität der Armierung 10 in radialer sowie axialer Richtung ergibt.
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Die Armierung 10 kann - wie es in der 3 gezeigt ist - wenigstens eine Durchgangsöffnung 11 aufweisen, durch die ein Schmierstoff 12 aus dem Inneren des Wälzlagers 2 austreten und/oder in das Innere des Wälzlagers 2 eintreten kann, was insbesondere für naßlaufende Wälzlager 2 von Bedeutung ist. In der Ausführungsform der 3 ist der Metallschaum 9 ferner in einem Innenringfreistich 13 drehfest angeordnet und integriert. Hierdurch ist der Metallschaum 9 gegenüber dem Innenring 3 einseitig sowohl axial als auch radial fixiert. Durch die Armierung 10 wird der Metallschaum 9 in dem Innenringfreistich 13 gehalten.
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Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass der Metallschaum 9 eine Durchgangsöffnung 11 aufweisen kann, so wie es exemplarisch in der 4 gezeigt ist.
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Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung ist schließlich in der 5 gezeigt. Hier liegt der Metallschaum 9 nicht direkt an einem Lagerring 3,4 an, sondern ist an einer weiteren Armierung 14 angebracht, welche Ihrerseits drehfest mit dem entsprechenden Lagerring 3,4 - im gezeigten Beispiel der Innenring 3 - verbunden ist.
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Es versteht sich bei den gezeigten Ausführungsbeispielen, dass die Anordnung von Bauelementen und Baugruppen zwischen den Wälzlagerringen auch entlang einer Axialebene und/oder Radialebene spiegelverkehrt ausgeführt sein kann, ohne dass dies einer expliziten Erwähnung bedarf.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörpern
- 6
- Innenringlaufbahn
- 7
- Außenringlaufbahn
- 8
- stromleitendes Element
- 9
- Metallschaum
- 10
- Armierung
- 11
- Durchgangsöffnung
- 12
- Schmierstoff
- 13
- Innenringfreistich
- 14
- Armierung
