DE102020131018A1

DE102020131018A1 - roller bearing

Info

Publication number: DE102020131018A1
Application number: DE102020131018.8A
Authority: DE
Inventors: Manfred Tietz; Norbert Metten; Paul Wittmann; Eckhard Ruschitzka; Klaus Pichl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2022-05-25
Also published as: WO2022111747A1

Abstract

Wälzlager, umfassend einen Außenring (2), einen Innenring (4) und dazwischen angeordnete, auf am Außen- und am Innenring (2, 4) vorgesehenen Laufbahnen (3, 5) wälzende Wälzkörper (7), wobei der Außenring (2) am Außenumfang oder der Innenring (4) am Innenumfang mit einer Isolierschicht (8) aus einem Duroplast (9) belegt ist, deren Oberfläche (11) zur Einstellung der Rundheit des Außen- oder Innenrings (2, 4) sowie eines vorbestimmten Durchmessers des Außen- oder Innenrings (2, 4) durch Schleifen mechanisch bearbeitet ist.Rolling bearing comprising an outer ring (2), an inner ring (4) and rolling elements (7) arranged between them and rolling on raceways (3, 5) provided on the outer and inner rings (2, 4), the outer ring (2) being The outer circumference or the inner ring (4) is covered on the inner circumference with an insulating layer (8) made of a duroplastic (9), the surface (11) of which is used to adjust the roundness of the outer or inner ring (2, 4) and a predetermined diameter of the outer or inner ring (2, 4) is machined by grinding.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend einen Außenring, einen Innenring und dazwischen angeordnete, auf am Außen- und am Innenring vorgesehenen Laufbahnen wälzende Wälzkörper.The invention relates to a roller bearing, comprising an outer ring, an inner ring and rolling bodies arranged between them and rolling on raceways provided on the outer ring and on the inner ring.

Derartige Wälzlager kommen in den unterschiedlichsten Bereichen zur Anwendung. Ein Bespiel ist der Einsatz in Elektromotoren, die ebenfalls in unterschiedlichsten Fällen zur Anwendung kommen, zunehmend beispielsweise im Automobilbereich als Antriebe für einen teilelektrischen oder vollelektrischen Fahrbetrieb. Unter anderem werden Wälzlager zur Drehlagerung des Rotors eingesetzt, der zumeist mit hoher Drehzahl rotiert, weshalb üblicherweise Hochdrehzahllager eingesetzt werden, sogenannte High-Speed-Motor-Bearings (HSMB). Beim Betrieb von Elektromotoren kann es mitunter zu Lagerschäden aufgrund eines Stromflusses über das Wälzlager kommen. Ein solcher Stromdurchgang resultiert beispielsweise aus Zirkularströmen im Elektromotor. Resultierend aus dem Stromdurchgang kann es zu Blitzentladungen innerhalb des Wälzlagers kommen, die Schäden an den Laufbahnen, auf denen die Wälzkörper, bei denen es sich um Kugeln oder Rollen oder ähnliches handeln kann, wälzen, kommen kann. Im Extremfall können die Schäden derart gravierend sein, dass es zu einem Lagerausfall kommt. Um einen Stromdurchgang zu vermeiden, ist es bekannt, das Wälzlager quasi mit einer Isolationsebene auszurüsten, sodass aufgrund dieser elektrischen Isolierung kein Stromdurchgang möglich ist. Bekannt ist es, die Wälzlager als Keramikkörper, zumeist Keramikkugeln, auszuführen, das heißt, dass die Wälzkörper selbst die Isolationsebene bilden. Alternativ ist es auch bekannt, einen der Ringe mit einer Oxidkeramikschicht zu belegen, die ebenfalls isolierend wirkt. Diese Lagerausführungen sind jedoch in der Herstellung sehr aufwendig und teuer.Such rolling bearings are used in a wide variety of areas. One example is the use in electric motors, which are also used in a wide variety of applications, increasingly, for example, in the automotive sector as drives for partially electric or fully electric driving. Among other things, roller bearings are used for the rotary bearing of the rotor, which usually rotates at high speed, which is why high-speed bearings are usually used, so-called high-speed motor bearings (HSMB). When operating electric motors, bearing damage can sometimes occur due to current flowing through the roller bearing. Such a passage of current results, for example, from circular currents in the electric motor. As a result of the passage of current, lightning discharges can occur within the rolling bearing, which can damage the raceways on which the rolling elements, which can be balls or rollers or similar, roll. In extreme cases, the damage can be so serious that a bearing fails. In order to avoid the passage of current, it is known to equip the roller bearing with an insulation level, so that no current passage is possible due to this electrical insulation. It is known to design the rolling bearings as ceramic bodies, mostly ceramic balls, which means that the rolling bodies themselves form the insulation level. Alternatively, it is also known to cover one of the rings with an oxide ceramic layer, which also has an insulating effect. However, these bearing designs are very complex and expensive to manufacture.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Wälzlager anzugeben.The invention is therefore based on the problem of specifying a roller bearing that is improved in comparison.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Wälzlager der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring am Außenumfang oder der Innenring am Innenumfang mit einer Isolierschicht aus einem Duroplast belegt ist, deren Oberfläche zur Einstellung der Rundheit des Außen- oder Innenrings sowie eines vorbestimmten Durchmessers des Außen- oder Innenrings durch Schleifen mechanisch bearbeitet ist.To solve this problem, a rolling bearing of the type mentioned is characterized in that the outer ring on the outer circumference or the inner ring on the inner circumference is covered with an insulating layer made of a thermosetting plastic, the surface of which is used to adjust the roundness of the outer or inner ring and a predetermined diameter of the outside - or the inner ring is machined by grinding.

Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager kommt zum einen eine aus einem Duroplast, also einem Kunststoff, gebildete Isolierschicht zum Einsatz, die entweder auf den Außenumfang des Außenrings oder auf den Innenumfang des Innenrings aufgebracht, vorzugsweise aufgespritzt ist. Diese Isolierschicht weist hinreichende elektrische Isolationseigenschaften auf, sodass über sie ein Stromdurchgang über das Wälzlager sicher verhindert werden kann. Als Duroplast kann ein geeignetes Harz verwendet werden, beispielsweise ein Epoxidharz oder ein Formaldehydharz respektive auf dieser Basis beruhende Materialien.In the roller bearing according to the invention, an insulating layer made of a duroplast, ie a plastic, is used, which is applied, preferably sprayed, either to the outer circumference of the outer ring or to the inner circumference of the inner ring. This insulating layer has sufficient electrical insulating properties, so that it can reliably prevent the passage of current through the roller bearing. A suitable resin can be used as the duroplast, for example an epoxy resin or a formaldehyde resin or materials based on this.

Die aufgebrachte Isolierschicht ist an ihrer Oberfläche mechanisch respektive spanend durch Schleifen bearbeitet. Hierbei wird die Isolierschicht derart bearbeitet, dass der Außenumfang oder der Innenumfang der Isolierschicht und damit der Lageraußenumfang respektive der Lagerinnenumfang eine bestmögliche Rundheit aufweist, abgesehen von minimalen Toleranzen. Durch das Schleifen wird auch der Außendurchmesser oder der Innendurchmesser der applizierten Isolierschicht und damit des Außen- oder Innenrings respektive der Lageraußen- oder Lagerinnendurchmesser hochgenau eingestellt.The surface of the applied insulating layer is machined or machined by grinding. In this case, the insulating layer is processed in such a way that the outer circumference or the inner circumference of the insulating layer and thus the outer circumference of the bearing or the inner circumference of the bearing has the best possible roundness, apart from minimal tolerances. The outer diameter or the inner diameter of the applied insulating layer and thus the outer or inner ring or the bearing outer or bearing inner diameter is also adjusted with high precision by the grinding.

Erfindungsgemäß ist die Rundheit als eine Abweichung der Form der mechanisch bearbeiteten Oberfläche von einer idealen Zylinderform in beliebigen, senkrecht zur Rotationsachse des Wälzlagers liegenden Radialebenen definiert ist. Die Rundheit steht also für die Abweichung der Außenkontur (bei einem Außenring) und die Innenkontur (bei einem Innenring) von einer idealen zylindrischen Form. Von der zylindrischen Form abweichende Geometrien sind im Querschnitt polyederförmig, ovale oder wellenförmige Geometrien in beliebigen senkrecht von der Rotationsachse des Wälzlagers durchstoßenen Radialebenen des Wälzlagers betrachtet.According to the invention, roundness is defined as a deviation of the shape of the machined surface from an ideal cylindrical shape in any radial planes perpendicular to the axis of rotation of the roller bearing. The roundness therefore stands for the deviation of the outer contour (in the case of an outer ring) and the inner contour (in the case of an inner ring) from an ideal cylindrical shape. Geometries deviating from the cylindrical shape are considered to be polyhedron-shaped, oval or wave-shaped geometries in cross section in any radial planes of the rolling bearing that are pierced perpendicularly by the axis of rotation of the rolling bearing.

Weiterhin sollte die Abweichung der Form in jeder beliebigen Radialebene innerhalb der Grenzen einer definierten Ringfläche, deren Außen- und Innendurchmesser die zulässigen Grenzen, innerhalb welcher sich eine zulässige Formabweichung bewegen darf, liegen. Die zulässigen Abweichungen von der zylindrischen bzw. kreisrunden Form liegen folglich ausgehend vom Außendurchmesser (Außenring mit Beschichtung außen) oder Innendurchmesser (Innenring mit Beschichtung innen) in einer in beliebigen Radialebenen innerhalb der Grenzen einer Ringfläche. Der Innendurchmesser dieser Ringfläche gibt die innere Toleranzgrenze für die Rundheit vor und entspricht der kleinsten zulässigen Außendurchmessertoleranz des Außenrings mit Beschichtung. Der Außendurchmesser dieser Ringfläche ist durch den maximalen zulässigen Wert der Durchmessertoleranz des Außenrings mit außenliegender Beschichtung vorgegeben. Innerhalb dieser Grenzen darf die Außenkontur des Außenrings mit der Isolierschicht von der rein zylindrischen bzw. kreisrunden Form abweichen. Gleiches gilt für eine Isolierschicht am Innenring, wobei die Werte in diesem Fall am kleinsten und größten Innendurchmesser der innenliegenden Beschichtung des Innenrings ausgerichtet sind. Die Rundheit sollte kleiner oder gleich 0,006 mm sein.Furthermore, the deviation of the shape in any given radial plane should be within the limits of a defined ring surface, the outside and inside diameter of which are the permissible limits within which a permissible shape deviation may move. The permissible deviations from the cylindrical or circular shape are based on the outer diameter (outer ring with coating on the outside) or inner diameter (inner ring with coating on the inside) in any radial plane within the limits of a ring surface. The inner diameter of this ring surface specifies the inner tolerance limit for roundness and corresponds to the smallest permissible outer diameter tolerance of the outer ring with coating. The outer diameter of this ring surface is specified by the maximum permissible value of the diameter tolerance of the outer ring with an external coating. Within these limits, the outer contour of the outer ring with the insulating layer may deviate from the purely cylindrical or deviate from a circular shape. The same applies to an insulating layer on the inner ring, in which case the values are based on the smallest and largest inner diameter of the inner coating of the inner ring. The roundness should be less than or equal to 0.006 mm.

Im Endeffekt führt diese mechanische Schleifbearbeitung dazu, dass das fertige Wälzlager an der mit der Isolierschicht versehenen Seiten eine Rundheit und eine Durchmessergenauigkeit wie ein übliches Lager dieser Größe aufweist, also beispielsweise ein Lager, das bisher eingesetzt wurde und beispielsweise keramische Wälzkörper aufweist oder die Oxidkeramikbeschichtung. Das heißt, dass das erfindungsgemäße Wälzlager respektive die Duroplast-Isolierschicht derart bearbeitet wird, dass die Lagerdimensionierung exakt der des bisher verwendeten Lagers entspricht, sodass ein einfacher Austausch möglich ist und keinerlei Anpassung am Lagerschild oder der Lageraufnahme am zu lagernden Bauteil vorzunehmen ist. Das erfindungsgemäße Wälzlager liegt damit mit den von der bearbeiteten Isolierschicht definierten Maßen exakt bei den Maßen, wie sie auch das bisher verwendete Lager aufweist und weist Toleranzen in Bezug auf Rundheit und Durchmesser auf, die denen des Originallagers entsprechen.Ultimately, this mechanical grinding process means that the finished roller bearing on the side provided with the insulating layer has a roundness and a diameter accuracy like a normal bearing of this size, i.e. for example a bearing that has been used up to now and has ceramic rolling elements or the oxide ceramic coating, for example. This means that the rolling bearing according to the invention or the duroplast insulating layer is processed in such a way that the bearing dimensions correspond exactly to those of the bearing used previously, so that easy replacement is possible and no adjustments to the end shield or the bearing mount on the component to be stored are necessary. With the dimensions defined by the machined insulating layer, the rolling bearing according to the invention is therefore exactly the same as the dimensions of the bearing used previously and has tolerances in terms of roundness and diameter that correspond to those of the original bearing.

Im Vergleich zu isolierenden Wälzlagern, wie sie bisher für derartige Anwendungen, beispielsweise insbesondere innerhalb eines Elektromotors und dort insbesondere zur Rotorlagerung eingesetzt werden, ist das erfindungsgemäße Wälzlager in seiner Herstellung deutlich einfacher, da keine isolierenden Keramikmittel vorzusehen sind, um die Isolationsebene auszubilden. Stattdessen wird ein isolierendes Duroplastmaterial verwendet, das auf einfache Weise beispielsweise durch Aufspritzen appliziert werden kann, das entsprechend mechanisch bearbeitet werden kann, um die geforderten Maße herauszuarbeiten, und dass die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zeigt.Compared to insulating roller bearings, as they have been used for such applications, for example in particular within an electric motor and there in particular for rotor mounting, the roller bearing according to the invention is significantly simpler to manufacture, since no insulating ceramic means have to be provided to form the insulation level. Instead, an insulating thermoset material is used which can be easily applied, for example by spraying, which can be suitably machined to work out the required dimensions and which exhibits the required mechanical properties.

Denkbar ist es, die Isolierschicht nur auf den Außenumfang des Außenrings oder den Innenumfang des Innenrings aufzubringen. Zweckmäßig ist es aber auch, die Isolierschicht auch an beiden Stirnflächen des Außen- oder Innenrings zumindest abschnittsweise übergreifend aufzubringen, wobei der beschichtete Außen- oder Innenring schmäler als der nicht beschichtete Innen- oder Außenring sein kann, aber nicht muss. Dabei kann die Isolierschicht an den Stirnflächen derart durch Schleifen mechanisch bearbeitet sein, dass die Breite des beschichteten Außen- oder Innenrings im wesentlichen der des unbeschichteten Innen- oder Außenrings entspricht, was aber nicht zwingend ist, insbesondere wenn bauraumbedingt eine andere Breite gefordert ist. Der beschichtete Außen- oder Innenring ist, bezogen auf seinen Außen- oder Innendurchmesser, verglichen mit einem unbeschichteten anderen Ring zwangsläufig etwas anders auszulegen, da wie beschrieben die Isolierschicht appliziert wird, die beispielsweise eine Dicke im Bereich von 0,5 - 1,5 mm aufweist. Um einen Stromdurchgang über die Stirnflächen zu vermeiden, sieht nun diese Erfindungsvarianten vor, die Isolierschicht auch auf die beiden Stirnflächen zu erstrecken. In diesem Fall kann dann auch die Breite des jeweiligen Außen- oder Innenrings im Vergleich zu einem unbeschichteten Ring zu reduzieren sein, um dann den beschichteten Außen- oder Innenring durch das Schleifen auch in seiner Breite entsprechend dem unbeschichteten Ring zu bearbeiten, wenn dies gefordert ist. Jedoch können sich die beiden Ringbreiten inklusive der Beschichtung in der Breite auch unterscheiden.It is conceivable to apply the insulating layer only to the outer circumference of the outer ring or the inner circumference of the inner ring. However, it is also expedient to also apply the insulating layer to both end faces of the outer or inner ring, at least in sections, with the coated outer or inner ring being narrower than the uncoated inner or outer ring, but not necessarily so. The insulating layer can be machined by grinding on the end faces in such a way that the width of the coated outer or inner ring essentially corresponds to that of the uncoated inner or outer ring, but this is not mandatory, especially if a different width is required due to the space available. The coated outer or inner ring, based on its outer or inner diameter, must be interpreted differently compared to an uncoated other ring, since the insulating layer is applied as described, which for example has a thickness in the range of 0.5 - 1.5 mm having. In order to avoid current passage via the end faces, this variant of the invention now provides for the insulating layer to also extend to the two end faces. In this case, the width of the respective outer or inner ring can then also be reduced in comparison to an uncoated ring in order to then also machine the width of the coated outer or inner ring by grinding to match the uncoated ring, if this is required . However, the two ring widths, including the coating, can also differ in width.

Wie beschrieben erfolgt die Schleifbearbeitung derart, dass die entsprechenden Maße denen eines Vergleichslagers mit unbeschichteten Ringen entsprechen, auch was den Toleranzbereich angeht. Dabei sollte beim erfindungsgemäßen Lager die Toleranz des Durchmessers der Isolierschicht des beschichteten Außen- oder Innenrings zwischen -0,005 mm und -0,015 mm, insbesondere -0,01 mm betragen, bezogen auf einen vorbestimmten Solldurchmesser. Im Hinblick darauf, dass das Lager eine bestmögliche Rundheit und einen möglichst exakten Durchmesser aufweist, werden hier minimale Toleranzen definiert, da hierüber auch die Laufgenauigkeit der Lagerlaufbahn des beschichteten Außenrings zum Außendurchmesser des Außenrings bzw. der Lagerlaufbahn des beschichteten Innenrings zum Innendurchmesser des Innenrings definiert wird. Durch das erfindungsgemäße, hochgenaue Schleifen ist es möglich, die Toleranzen der Abmessungen in Bezug auf den Außen- oder Innendurchmesser sowie die Rundheit derart zu realisieren, wie sie bei einem vergleichbaren, jedoch z.B. nicht isolierten Lager respektive Hochdrehzahllager gegeben sind.As described, the grinding is carried out in such a way that the corresponding dimensions correspond to those of a comparison bearing with uncoated rings, also with regard to the tolerance range. In the bearing according to the invention, the tolerance of the diameter of the insulating layer of the coated outer or inner ring should be between -0.005 mm and -0.015 mm, in particular -0.01 mm, based on a predetermined nominal diameter. With regard to the fact that the bearing has the best possible roundness and the most exact diameter possible, minimum tolerances are defined here, since this also defines the running accuracy of the bearing raceway of the coated outer ring to the outer diameter of the outer ring or the bearing raceway of the coated inner ring to the inner diameter of the inner ring . Due to the high-precision grinding according to the invention, it is possible to achieve the tolerances of the dimensions in relation to the outer or inner diameter and the roundness in such a way as they are given in a comparable, but e.g. non-insulated bearing or high-speed bearing.

Die Toleranz der Breite des beschichteten Außen- oder Innenrings sollte zwischen - 0,05 mm und -0,15 mm, insbesondere -0,12 mm, in Bezug auf eine vorbestimmte Sollbreite, betragen. Auch hier wird mit hinreichender Genauigkeit geschliffen, jedoch sind die Toleranzanforderungen nicht derart streng wie in Bezug auf den Durchmesser und damit die Rundheit.The tolerance of the width of the coated outer or inner ring should be between -0.05 mm and -0.15 mm, in particular -0.12 mm, in relation to a predetermined target width. Here, too, grinding is carried out with sufficient accuracy, but the tolerance requirements are not as strict as with regard to the diameter and thus the roundness.

Weiterhin ist es zweckmäßig, am beschichteten Außenumfang oder am beschichteten Innenumfang des Außen- oder Innenrings wenigstens eine umlaufende Ringnut, die mit der Isolierschicht gefüllt ist, vorzusehen. Die Isolierschicht greift demzufolge in die Ringnut ein, worüber sie zusätzlich an dem jeweiligen Lagerring verankert wird, einerseits dadurch, dass die Grenzfläche zwischen Ring und Isolierschicht vergrößert wird, andererseits dadurch, dass ein formschlüssiger Verbund gegeben ist.Furthermore, it is expedient to provide at least one circumferential annular groove, which is filled with the insulating layer, on the coated outer circumference or on the coated inner circumference of the outer or inner ring. The insulating layer consequently engages in the annular groove, which is used to additionally anchor it to the respective bearing ring, on the one hand by the fact that the interface between the ring and the insulating layer is enlarged, and on the other hand by the fact that there is a form-fitting bond.

Die Isolierschicht ist zweckmäßigerweise aufgespritzt, kann also auf einfache Weise mit einem geeigneten Spritzwerkzeug appliziert werden und nach Aushärten entsprechend schleifbearbeitet werden. Bevorzugt wird ein faserverstärkter Duroplast, insbesondere ein glasfaserverstärkter Duroplast verwendet, um die mechanischen Eigenschaften der Isolierschicht einzustellen respektive an die Anforderungen anzupassen.The insulating layer is expediently sprayed on, so it can be applied in a simple manner using a suitable spray tool and, after curing, can be correspondingly ground. A fiber-reinforced thermoset, in particular a glass-fiber-reinforced thermoset, is preferably used in order to adjust the mechanical properties of the insulating layer or to adapt it to the requirements.

Das Wälzlager selbst ist zweckmäßigerweise ein Hochdrehzahllager, wie es in Elektromotoren verwendet wird. Es kann sich aber auch um ein Standardlager handeln, da es in einem stromkritischen Bereich eingesetzt wird, aber niedrigeren Drehzahlen ausgesetzt ist.The roller bearing itself is suitably a high-speed bearing such as is used in electric motors. However, it can also be a standard bearing, since it is used in a power-critical area but is exposed to lower speeds.

Neben dem Wälzlager selbst betrifft die Erfindung die Verwendung eines Wälzlagers der vorstehend beschriebenen Art. Ein solches Wälzlager kann bevorzugt als Lager eines rotierenden Bauteils eines Elektromotors, insbesondere als Rotorlager verwendet werden. In diesem Fall dient es als Hochdrehzahllager bzw. HSMB-Lager. Aber auch ein anderweitiger Einsatz wie die Verwendung als Lager eines rotierenden Bauteils eines Getriebes ist denkbar.In addition to the roller bearing itself, the invention relates to the use of a roller bearing of the type described above. Such a roller bearing can preferably be used as a bearing for a rotating component of an electric motor, in particular as a rotor bearing. In this case, it serves as a high-speed bearing or HSMB bearing. However, other uses such as use as a bearing for a rotating component of a transmission are also conceivable.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Isolierschicht belegten Außen- oder Innenrings für ein Wälzlager der vorstehend beschriebenen Art. Demgemäß wird auf den Außenumfang des Außenrings oder den Innenumfang des Innenrings eine Isolierschicht aus einem, gegebenenfalls faserverstärkten, Duroplast aufgebracht, insbesondere aufgespritzt, die oberflächlich zur Einstellung der Rundheit des Außen- oder Innenrings sowie eines vorbestimmten Durchmessers des Außen- oder Innenrings durch Schleifen mechanisch bearbeitet wird.Furthermore, the invention relates to a method for producing an outer or inner ring covered with an insulating layer for a roller bearing of the type described above. Accordingly, an insulating layer made of an optionally fiber-reinforced duroplast is applied, in particular sprayed, to the outer circumference of the outer ring or the inner circumference of the inner ring , which is mechanically processed on the surface to adjust the roundness of the outer or inner ring and a predetermined diameter of the outer or inner ring by grinding.

Dabei ist es denkbar, die Isolierschicht auch auf die beiden Stirnflächen des Außen- oder Innenrings zumindest abschnittsweise übergreifend aufzubringen, wobei die Isolierschicht auch an den Stirnseiten zur Einstellung der Breite des Außen- oder Innenrings auf einen vorbestimmten Wert geschliffen wird.It is conceivable to also apply the insulating layer to the two end faces of the outer or inner ring at least in sections, with the insulating layer also being ground on the end faces to set the width of the outer or inner ring to a predetermined value.

Die Oberfläche wird zweckmäßigerweise derart geschliffen, dass die Toleranz des Durchmessers des beschichteten Außen- oder Innenrings zwischen -0,005 mm und - 0,015 mm, insbesondere -0,01 mm beträgt, bezogen auf einen vorbestimmten Solldurchmesser. Das heißt, dass somit eine nahezu vollständige Rundheit gegeben ist, da die Durchmessertoleranz extrem gering ist. Die Toleranz der Breite des beschichteten Außen- oder Innenrings sollte zwischen -0,05 mm und -0,15 mm, insbesondere - 0,12 mm in Bezug auf eine vorbestimmte Sollbreite betragen.The surface is expediently ground in such a way that the tolerance of the diameter of the coated outer or inner ring is between -0.005 mm and -0.015 mm, in particular -0.01 mm, based on a predetermined target diameter. This means that there is almost complete roundness, since the diameter tolerance is extremely small. The tolerance of the width of the coated outer or inner ring should be between -0.05 mm and -0.15 mm, in particular - 0.12 mm in relation to a predetermined target width.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers einer ersten Ausführungsform, im Schnitt,
2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers einer zweiten Ausführungsform, in einer geschnittenen Teilansicht, und
3 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers einer dritten Ausführungsform, in einer geschnittenen Teilansicht.

The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:

1 a schematic representation of a roller bearing according to the invention of a first embodiment, in section,
2 a schematic representation of a roller bearing according to the invention of a second embodiment, in a sectional partial view, and
3 a schematic representation of a rolling bearing according to the invention of a third embodiment, in a sectional partial view.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1, umfassend einen Außenring 2 mit einer Laufbahn 3 sowie einen Innenring 4 mit einer Laufbahn 5, sowie mit einem Kranz umfassend eine Vielzahl von in einem Käfig 6 gehalterten Wälzkörpern 7 hier in Form von Kugeln, die auf den Laufbahnen 3, 5 wälzen. Bei dem Wälzlager 1 handelt es sich beispielsweise um ein Hochdrehzahllager, wie es beispielsweise für die Lagerung eines Rotors einer Elektromaschine zum Einsatz kommen kann. Ein solches Lager kann im Falle einer Anwendung mit Ölschmierung ohne Dichtungen ausgeführt werden, wie gezeigt. Alternativ kann das Lager auch fettgefüllt und axial beidseits auch über Dichtungen geschlossen sein, wozu an den Ringen entsprechende Aufnahmen für die ringförmigen Dichtungen vorgesehen sind. 1 shows a roller bearing 1 according to the invention, comprising an outer ring 2 with a raceway 3 and an inner ring 4 with a raceway 5, and with a rim comprising a plurality of rolling elements 7 held in a cage 6, here in the form of balls, which are on the raceways 3, roll 5 The roller bearing 1 is, for example, a high-speed bearing, as can be used, for example, to mount a rotor of an electric machine. Such a bearing can be made without seals, as shown, in the case of an oil-lubricated application. Alternatively, the bearing can also be filled with grease and also closed axially on both sides via seals, for which purpose corresponding receptacles for the annular seals are provided on the rings.

Am Innenumfang des Innenrings 4 ist eine Isolierschicht 8 aus einem, vorzugsweise mit Glasfasern verstärkten, Duroplast 9 aufgebracht, bevorzugt aufgespritzt. Der Innendurchmesser des Innenrings 4 ist hierzu etwas vergrößert im Vergleich zu einem für denselben Zweck verwendbaren Lagers bzw. Innenrings. Die Isolierschicht 8 erstreckt sich nicht nur über die innere Mantelfläche, sondern auch über die beiden Stirnflächen 10 und übergreift diese teilweise.On the inner circumference of the inner ring 4 there is an insulating layer 8 made of a thermosetting plastic 9, preferably reinforced with glass fibers, preferably sprayed on. For this purpose, the inside diameter of the inner ring 4 is somewhat increased in comparison to a bearing or inner ring that can be used for the same purpose. The insulating layer 8 extends not only over the inner lateral surface, but also over the two end faces 10 and partially overlaps them.

Nach dem Aufbringen wird die Isolierschicht 8 an ihrer Oberfläche 11, 12 am Innenumfang sowie an den Stirnflächen durch Schleifen mechanisch bearbeitet. Die Oberfläche 11 am Innenumfang wird derart bearbeitet, dass die Isolierschicht 8 eine bestmögliche Rundheit (bevorzugt kleiner oder gleich 0,006 mm) aufweist, mithin also der Innendurchmesser eine minimale Toleranz im Bereich zwischen -0,005 mm und - 0,015 mm aufweist, sie sollte beispielsweise bei -0,01 mm liegen. Die Bearbeitung erfolgt äußerst exakt, sodass sichergestellt wird, dass der Innendurchmesser dieses erfindungsgemäßen, mit der Isolierschicht 8 versehenen Wälzlagers 1 dem Innendurchmesser eines vergleichbaren, für den beabsichtigten Zweck identisch einsetzbaren Hochdrehzahllagers mit einem nicht beschichteten Innenring entspricht, sodass das erfindungsgemäße Wälzlager 1 im Austausch zu dem bisher verwendeten, keine oder eine wie auch immer geartete integrierte Isolierebene aufweisenden Wälzlagers verwendet werden kann.After application, the insulating layer 8 is mechanically processed by grinding on its surface 11, 12 on the inner circumference and on the end faces. The surface 11 on the inner circumference is machined in such a way that the insulating layer 8 has the best possible roundness (preferably less than or equal to 0.006 mm), which means that the inner diameter has a minimum tolerance in the range between -0.005 mm and -0.015 mm for example -0.01 mm. The machining is extremely precise, so that it is ensured that the inner diameter of this roller bearing 1 according to the invention, which is provided with the insulating layer 8, corresponds to the inner diameter of a comparable high-speed bearing with an uncoated inner ring that can be used identically for the intended purpose, so that the roller bearing 1 according to the invention in exchange for the previously used roller bearing which has no or an integrated insulating level of whatever type.

Auch die Oberfläche 12 an den Stirnseiten wird entsprechend geschliffen, um die Breite des Innenrings 4 samt Isolierschicht 8 der Breite des Außenrings 2 anzupassen, wie die 1 anschaulich zeigt. Hier sind keine extrem engen Toleranzen wie bei der Bearbeitung der Oberfläche 11 einzuhalten, gleichwohl sollte die Toleranz in Bezug auf die Breite zwischen -0,05 mm und -0,15 mm in Bezug auf eine vorbestimmte Sollbreite, die letztlich von der Breite des Außenrings 2 vorgegeben ist, betragen.The surface 12 on the end faces is ground accordingly in order to adapt the width of the inner ring 4 together with the insulating layer 8 to the width of the outer ring 2, like the 1 clearly shows. There are no extremely tight tolerances to be observed here, as with the machining of the surface 11, but the tolerance in relation to the width should be between -0.05 mm and -0.15 mm in relation to a predetermined target width which ultimately depends on the width of the outer ring 2 is specified, amount.

Die Dicke der Isolierschicht 8 wird so bemessen, dass eine bestmögliche Stromisolation des Wälzlagers gegen einen Stromdurchgang gegeben ist, bei gleichzeitig möglichst geringer Vergrößerung des Innendurchmessers des metallenen Innenrings 10 respektive seiner Breite. Gleichzeitig dient die hochgenaue Schleifbearbeitung mit möglichst geringer Rauheit insbesondere der Innenumfangsoberfläche 11 insgesamt dazu, die hohe Laufgenauigkeit der Laufbahn 5 des Innenrings 4 zum Innendurchmesser des Innenrings sicherzustellen.The thickness of the insulating layer 8 is dimensioned in such a way that the roller bearing has the best possible current insulation against the passage of current, while at the same time the inner diameter of the metal inner ring 10 or its width is increased as little as possible. At the same time, the high-precision grinding with the lowest possible roughness, in particular of the inner peripheral surface 11 as a whole, serves to ensure the high running accuracy of the raceway 5 of the inner ring 4 with respect to the inner diameter of the inner ring.

Bei dem Duroplast handelt es sich um ein solches mit hinreichender elektrischer Isoliereigenschaft. Es kann sich beispielsweise um ein Epoxidharz handeln oder ein Formaldehydharz, beispielsweise Phenol-Formaldehydharz oder MelaminFormaldehydharz. Der Duroplast ist bevorzugt faserverstärkt, wozu sich Glasfasern anbieten, aber auch Kohlenstofffasern.The thermoset is one with sufficient electrical insulating properties. It can be, for example, an epoxy resin or a formaldehyde resin, for example phenol-formaldehyde resin or melamine-formaldehyde resin. The duroplast is preferably fiber-reinforced, for which glass fibers are suitable, but carbon fibers are also possible.

2 zeigt eine geschnittene Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 einer zweiten Ausführungsform, wobei vergleichbare Bauteile gleiche Bezugszeichen aufweisen. Vorgesehen ist auch hier ein Außenring 2, ein Innenring 4 sowie Wälzkörper 7, die in einem Käfig 6 geführt sind. 2 shows a sectional partial view of a roller bearing 1 according to the invention in a second embodiment, with comparable components having the same reference numbers. An outer ring 2 , an inner ring 4 and rolling bodies 7 , which are guided in a cage 6 , are also provided here.

Auch hier ist am Innenumfang des Innenrings 4 eine Isolierschicht 8 aus einem Duroplast 9 aufgebracht. Diese Isolierschicht 8 erstreckt sich vom Innenumfang bis zu den Stirnflächen 10 des Innenrings 4 und belegt diese abschnittsweise. In gleicher Weise wie bei der ähnlichen Ausführungsform gemäß 1 erfolgt auch hier eine entsprechende Schleifbearbeitung der Oberfläche der Isolierschicht 8 zur Einstellung der geforderten Maße in Verbindung mit den gegebenen Toleranzen.Here, too, an insulating layer 8 made of a duroplast 9 is applied to the inner circumference of the inner ring 4 . This insulating layer 8 extends from the inner circumference to the end faces 10 of the inner ring 4 and occupies them in sections. In the same way as in the similar embodiment according to 1 Appropriate grinding of the surface of the insulating layer 8 also takes place here in order to set the required dimensions in connection with the given tolerances.

Anders als bei der Ausgestaltung gemäß 1 weist hier der Innenring 4 an seinem Innenumfang eine Ringnut 13 auf, die mit der Isolierschicht 8 respektive dem Duroplast 9 gefüllt ist. Hierüber wird eine noch bessere Verankerung der Isolierschicht 8 einerseits aufgrund der größeren Kontaktoberfläche, andererseits aufgrund des Formschlusses erreicht.Unlike the design according to 1 here the inner ring 4 has an annular groove 13 on its inner circumference, which is filled with the insulating layer 8 or the duroplast 9 . An even better anchoring of the insulating layer 8 is achieved here on the one hand due to the larger contact surface and on the other hand due to the form fit.

Die Ausgestaltung gemäß 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager 1 wiederum mit einem Außenring 2, einem Innenring 4 und dazwischen wälzenden, in einem Käfig 6 geführten Wälzkörpern 7. Bei dieser Ausgestaltung ist die Isolierschicht 8 aus dem, vorzugsweise faserverstärkten, Duroplast 9 am Außenumfang des Außenrings 2 aufgebracht. Dieser ist in seinem Außendurchmesser geringfügig reduziert, ebenso in der Breite, sodass die Isolierschicht 8 aufgebracht werden kann. Die Isolierschicht 8 erstreckt sich auch hier wiederum geringfügig über die Stirnseiten 14 des Außenrings 1.The design according to 3 shows a roller bearing 1 according to the invention, again with an outer ring 2, an inner ring 4 and rolling elements 7 guided in a cage 6 rolling in between. This is slightly reduced in its outer diameter, as well as in width, so that the insulating layer 8 can be applied. The insulating layer 8 again extends slightly over the end faces 14 of the outer ring 1.

Ebenso ist am Außenring 1 eine umlaufende Ringnut 15 ausgebildet, die, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 2, mit dem Duroplast 9 gefüllt ist, der hierüber noch besser verankert wird.Likewise, a circumferential annular groove 15 is formed on the outer ring 1, which, similar to the embodiment according to 2 , is filled with the Duroplast 9, which is anchored even better over this.

Auch hier ist die Oberfläche 16 am Außenumfang der Isolierschicht 8 wie auch die Oberfläche 17 an den Stirnflächen mechanisch durch Schleifen nachbearbeitet. Die Oberfläche 16 im Außenumfang wird wiederum hochgenau geschliffen, um eine bestmögliche Rundheit des Außenumfangs respektive des beschichteten Außenrings 2 sicherzustellen, bei gleichzeitig minimaler Toleranz im Außendurchmesser. Das Schleifen der Oberflächen 17 erfolgt derart, dass auch hier die Breite des beschichteten Außenrings 2 der Breite des Innenrings 3 entspricht.Here, too, the surface 16 on the outer circumference of the insulating layer 8 and the surface 17 on the end faces are mechanically reworked by grinding. The surface 16 on the outer circumference is in turn ground with high precision in order to ensure the best possible roundness of the outer circumference or of the coated outer ring 2, while at the same time having a minimum tolerance in the outer diameter. The surfaces 17 are ground in such a way that the width of the coated outer ring 2 corresponds to the width of the inner ring 3 here as well.

Sämtlichen Ausgestaltungen ist gemein, dass der beschichtete Außenring 2 oder der beschichtete Innenring 3 in seiner Geometrie und seinen Maßen exakt einem unbeschichteten Außen- oder Innenring eines Wälzlagers, das an identischer Stelle, also für den identischen Zweck eingesetzt werden kann, entspricht, und das keine Isolierbeschichtung eines seiner Ringe aufweist. Denn das erfindungsgemäße Wälzlager ermöglicht es, anstelle eines bisher verbauten Wälzlagers montiert werden zu können, also anstelle eines Wälzlagers, dessen Außenring keine Außenbeschichtung respektive dessen Innenring keine Innenbeschichtung aufweist. Das heißt, dass ein einfacher Austausch möglich ist, ohne irgendwelche Änderungen entweder am Lagerschild, an dem das Wälzlager 1 mit seinem Außenring gelagert ist, oder am drehgelagerten Bauteil, also beispielsweise dem Rotor, an dem das Wälzlager 1 über seinen Innenring gelagert ist, vornehmen zu müssen. Stattdessen ist eine hohe Passgenauigkeit aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen, hochgenauen Schleifbearbeitung gegeben.What all the configurations have in common is that the geometry and dimensions of the coated outer ring 2 or the coated inner ring 3 correspond exactly to an uncoated outer or inner ring of a roller bearing that can be used in the same place, i.e. for the same purpose, and none has an insulating coating on one of its rings. Because the roller bearing according to the invention makes it possible to be able to be mounted instead of a previously installed roller bearing, ie instead of a roller bearing whose outer ring has no outer coating or whose inner ring has no inner coating. This means that a simple replacement is possible without any changes either to the end shield on which the roller bearing 1 is mounted with its outer ring, or to the rotatably mounted component, for example the rotor on which the roller bearing 1 is mounted via its inner ring is to have to do. Instead, there is a high degree of accuracy of fit due to the high-precision grinding machining provided according to the invention.

BezugszeichenlisteReference List

11: Wälzlagerroller bearing
22: Außenringouter ring
33: Laufbahncareer
44: Innenringinner ring
55: Laufbahncareer
66: KäfigCage
77: Wälzkörperrolling elements
88th: Isolierschichtinsulating layer
99: Duroplastthermoset
1010: Stirnflächeface
1111: Oberflächesurface
1212: Oberflächesurface
1313: Ringnutring groove
1414: Stirnflächeface
1515: Ringnutring groove
1616: Oberflächesurface
1717: Oberflächesurface

Claims

Rolling bearing comprising an outer ring (2), an inner ring (4) and rolling elements (7) arranged between them and rolling on raceways (3, 5) provided on the outer and inner rings (2, 4), characterized in that the outer ring ( 2) the outer circumference or the inner ring (4) is covered on the inner circumference with an insulating layer (8) made of a duroplastic (9), the surface (11) of which is used to adjust the roundness of the outer or inner ring (2, 4) and a predetermined diameter of the outer or inner ring (2, 4) is machined by grinding.

roller bearing after claim 1 , characterized in that the roundness is defined as a deviation of the shape of the machined surface from an ideal cylindrical shape in any radial planes perpendicular to the axis of rotation of the rolling bearing.

roller bearing after claim 2 , characterized in that the deviation in shape in any given radial plane is within the limits of a defined ring surface, the outer and inner diameter of which are the permissible limits within which a permissible shape deviation may move.

Rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the tolerance of the diameter of the coated outer or inner ring (2, 4) is between - 0.005 mm and - 0.015 mm, in particular - 0.01 mm, based on a predetermined nominal diameter.

Rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer (8) also overlaps the two end faces (10, 14) of the outer or inner ring (2, 4), at least in sections.

Rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer (8) is sprayed on and/or consists of a fibre-reinforced, in particular glass-fibre reinforced, duroplast (9).

Rolling bearing according to one of the preceding claims, characterized in that at least one circumferential annular groove (13, 15), which is filled with the insulating layer (8), is provided on the coated outer circumference or on the coated inner circumference.

Method for producing an outer or inner ring (2, 4) covered with an insulating layer for a roller bearing (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that on the outer circumference of the outer ring (2) or the inner circumference of the inner ring (4) an insulating layer (8) made of an optionally fibre-reinforced duroplast (9) is applied, in particular sprayed on, which is applied on the surface to adjust the roundness of the outside - or inner ring (2, 4) and a predetermined diameter of the outer or inner ring (2, 4) is mechanically processed by grinding.

procedure after claim 8 , characterized in that the insulating layer (8) is also applied at least partially over the two end faces (10, 14) of the outer or inner ring (2, 4), the insulating layer (8) also being applied to the end faces (101, 14) is ground to a predetermined value to adjust the width of the outer or inner ring (2, 4).

procedure after claim 8 or 9 , characterized in that the surface (11, 12, 16, 17) is ground in such a way that the tolerance of the diameter of the coated outer or inner ring (2, 4) is between - 0.005 mm and - 0.015 mm, in particular - 0.01 mm , based on a predetermined target diameter, and given if the tolerance of the width of the coated outer or inner ring (2, 4) is between - 0.05 mm and - 0.15 mm, in particular - 0.12 mm, in relation to a predetermined target width.