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Die vorliegende 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 nass laufenden 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 eine erste Ringscheibe umfasst, die drehfest und elektrisch leitend mit dem Innenring oder Außenring verbunden ist, und welche ein mit der ersten Ringscheibe drehfest verbundenes Kontaktelement zur schleifenden Kontaktierung des Innenrings oder Außenrings aufweist, wobei das Kontaktelement in radialer Richtung verschiebbar gegenüber der ersten Ringscheibe an dieser gelagert ist..
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Durch die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung kann diese wirkungsvoll gegen unerwünschte Lagerströme geschützt werden. Des Weiteren kann das stromleitende Element ohne bauliche Anpassungen eines existierenden Wälzlagers verwendet werden. Es ist des Weiteren möglich, die stromleitenden Elemente äußerst kostengünstig mit Standardfertigungsverfahren herzustellen.
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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.
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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. 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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Es ist bevorzugt, dass die erste Ringscheibe ein Befestigungselement zur radial verschiebbaren Befestigung des Kontaktelements an der ersten Ringscheibe aufweist. In diesem Zusammenhang ist es ferner besonders bevorzugt, dass das Kontaktelement eine Öffnung aufweist, die auf das korrespondierende, axial aus der Radialebene der ersten Ringscheibe herausstehenden Befestigungselement aufgesteckt ist, wodurch sich eine besonders montagefreundliche Ausführungsform des stromleitenden Elements bereitstellen lässt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kontaktelement und das Befestigungselement derart ausgebildet sind und zusammenwirken, dass das Kontaktelement unter Vorspannung an dem Innenring oder Außenring anliegt. Hierdurch kann ein gesicherter mechanischer und somit auch elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement und dem jeweiligen Lagerring realisiert werden. Insbesondere können hiermit auch radiale Toleranzen zwischen dem stromleitenden Element und einem der Lagerringe ausgeglichen werden.
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Es ist des Weiteren auch ganz besonders bevorzugt, dass die Öffnung des Kontaktelements eine trapezförmige Kontur aufweist, wobei die kurze Trapezseite in Richtung des durch das Kontaktelement zu kontaktierenden Innenrings oder Außenrings weist. Durch die Trapezform kann ein radiales Verschieben bzw. Nachstellen in einer durch die Kontur vorgegebenen radialen Richtung erfolgen.
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Ferner kann es zu bevorzugen sein, dass das Befestigungselement eine trapezförmige Kontur aufweist, wobei die kurze Trapezseite in Richtung des durch das Kontaktelement zu kontaktierenden Innenrings oder Außenrings weist.
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Um das Kontaktelement axial an dem Befestigungselement zu sichern, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass das Befestigungselement im Querschnitt eine trapezförmige Kontur aufweist, die mit der Öffnung des Befestigungselements so zusammenwirkt, dass das Kontaktelement axial an dem Befestigungselement gesichert ist.
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Die Montagefreundlichkeit des Kontaktelements an dem Befestigungselement kann in vorteilhafter Weise verbessert werden, indem die Öffnung des Kontaktelements und das Befestigungselement eine Snap-In Verbindung ausbilden.
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Es ist bevorzugt, dass die erste Ringscheibe aus einem elektrisch leitfähigen, metallischen Material gebildet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Ringscheibe kostengünstig herstellbar ist und insbesondere hinsichtlich einer Fixierung des Kontaktelements gut konstruktiv anpassbar und fertigungstechnisch herstellbar ist.
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Es ist ferner bevorzugt, dass das Kontaktelement aus einem nicht metallischen Material gebildet ist, insbesondere aus einem elektrisch leitfähigem Carbon-Material, wodurch sich ein besonders abriebfestes und elastisches Kontaktelement ausbilden lässt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Wälzlagers mit einem stromleitenden Element in einer schematischen Querschnittsansicht, und
- 2 verschiedene Detailansichten des Kontaktelements.
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Die 1 zeigt eine 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.
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Das stromleitende Element 8 umfasst eine erste Ringscheibe 9, die drehfest und elektrisch leitend mit dem Innenring 3 oder Außenring 4, beispielsweise über einen Presssitz, verbunden ist. Die Ringscheibe 9 weist ein mit der ersten Ringscheibe 9 drehfest verbundenes Kontaktelement 11 zur schleifenden Kontaktierung des Innenrings 3 oder Außenrings 4 auf, wobei das Kontaktelement 11 in radialer Richtung verschiebbar gegenüber der ersten Ringscheibe 9 an dieser gelagert ist.
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Hierzu besitzt die erste Ringscheibe 9 ein Befestigungselement 12 zur radial verschiebbaren Befestigung des Kontaktelements 11 an der ersten Ringscheibe 9. Dies wird anhand der Darstellungen der 2 näher erläutert.
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Das Kontaktelement 11 weist eine Öffnung 13 auf, die auf das korrespondierende, axial aus der Radialebene 14 der ersten Ringscheibe 9 herausstehenden Befestigungselement 12 aufgesteckt ist, was gut an der der 2 sichtbar wird.
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Das Kontaktelement 11 und das Befestigungselement 12 sind derart ausgebildet und wirken so zusammen, dass das Kontaktelement 11 unter Vorspannung an dem Innenring 3 oder Außenring 4 anliegt. Die Vorspannung des Kontaktelements 11 wird durch dir Kontaktierung mit dem oder den Lagering(en) 3,4 aufgebracht, beispielsweise indem das Kontaktelement 11 mittels eines leichten Presssitzes zwischen den Lagerringen 3,4 angeordnet ist. Hierdurch wird eine in Radialrichtung gerichtete Kraft auf das Kontaktelement 11 erzeugt.
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Die Öffnung 13 des Kontaktelements 11 weist eine trapezförmige Kontur auf, wobei die kurze Trapezseite 15 in Richtung des durch das Kontaktelement 11 zu kontaktierenden Innenrings 3 oder Außenrings 4 weist. Analog hierzu besitzt das Befestigungselement 12 eine trapezförmige Kontur, wobei die kurze Trapezseite 15 in Richtung des durch das Kontaktelement 11 zu kontaktierenden Innenrings 3 oder Außenrings 4 weist. In der Einbausituation des stromleitenden Elements 8 wird also durch die radial wirkende Vorspannkraft die innere Kontur des Kontaktelements 11 gegen die äußere Kontur des Befestigungselements 12 geschoben und liegt dort entsprechend an. Durch eine entsprechende Materialauswahl des Befestigungselements 12, beispielsweise ein gummielastisches Material, übt das Befestigungselement 12 eine in Radialrichtung in Richtung der Kontaktfläche weisende Federkraft auf das Kontaktelement 11 auf, so dass sich hieraus ein Nachführen des Kontaktelements 11 beispielsweise bei verschleißbedingten Maßänderungen ergibt.
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Um eine axiale Fixierung des Kontaktelements 11 an dem Befestigungselement 12 zu realisieren, weist das Befestigungselement 12 im Querschnitt eine trapezförmige Kontur auf, die mit der Öffnung 13 des Befestigungselements 12 so zusammenwirkt, dass das Kontaktelement 11 axial an dem Befestigungselement gesichert ist.
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Die Öffnung 13 des Kontaktelements 11 und das Befestigungselement 12 bilden eine Snap-In Verbindung aus.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Ringscheibe 9 ist aus einem elektrisch leitfähigen, metallischen Material gebildet, das Kontaktelement 11 aus einem nicht metallischen Material gebildet ist, insbesondere aus einem elektrisch leitfähigem Carbon-Material.
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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
- Wälzkörper
- 6
- Innenringlaufbahn
- 7
- Außenringlaufbahn
- 8
- Element
- 9
- Ringscheibe
- 11
- Kontaktelement
- 12
- Befestigungselement
- 13
- Öffnung
- 14
- Radialebene
- 15
- Trapezseite
