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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 63/213,408 , eingereicht am 22. Juni 2021, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet.
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Der beschriebene Gegenstand betrifft ein System und Verfahren für eine Keramik-Lageranordnung.
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Erörterung der Technik.
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Unterschiedliche Fahrzeuge haben unterschiedliche Verwendungszwecke. Bergbaufahrzeuge können Tonnen von Material zu und von Baustellen transportieren. Zusätzlich zur Handhabung des ungewöhnlich großen Gewichts des Materials, das in das Bergbaufahrzeug geladen wird, kann das Fahrzeug mehrere Starts und Stopps haben. Dieser Vorgang kann auf unebenem oder steilem Gelände erfolgen. Gleichzeitig transportieren solche Fahrzeuge die Materialien von der Baustelle zu einem gewünschten Ziel. Während der Motor eines Fahrzeugs das Drehmoment erzeugen kann, das erforderlich ist, um ein beladenes Fahrzeug auf jedem Gelände zu starten, muss er in der Lage sein, mit einer maximalen Geschwindigkeit zu fahren, die auf einer bestimmten Autobahn akzeptabel ist. Bergbaufahrzeuge unterliegen einem anderen Betriebseinsatz als andere Fahrzeuge. Andere spezialisierte Fahrzeuge, wie etwa Lokomotiven, haben betriebsspezifische Parameter, die sich von denen anderer Fahrzeuge unterscheiden können.
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In einigen Fahrzeugen kann eine Lichtmaschine elektrische Energie liefern. Ein Überholungsintervall oder die Lebensdauer der Lichtmaschine kann durch die Lagerlebensdauer der Lichtmaschine begrenzt sein. Die Lagerlebensdauer der Lichtmaschine kann durch die Temperaturentwicklung im Lager beeinflusst werden. Außerdem kann eine höhere Temperatur die Schmierfettlebensdauer verkürzen. Außerdem kann ein Temperaturunterschied innerhalb des Lagers das Lagerspiel beeinflussen und die Lebensdauer des Lagers verringern. Es kann wünschenswert sein, Verfahren und Systeme für Lageranordnungen und Lager zu haben, die sich von denen unterscheiden, die im Handel erhältlich sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
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In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das eine Keramik-Lageranordnung beinhalten kann. Die Keramik-Lageranordnung kann einen oder mehrere Keramik-Wälzkörper enthalten, die zwischen einem metallischen inneren Laufring und einem äußeren Laufring der Keramik-Lageranordnung angeordnet sind.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das einen Generator oder eine Lichtmaschine enthalten kann. Eine Keramik-Lageranordnung kann mit dem Generator oder der Lichtmaschine gekoppelt sein. Die Keramik-Lageranordnung kann auch einen oder mehrere Keramik-Wälzkörper enthalten, die aus einem keramischen Material ohne Metall gebildet und zwischen einem metallischen inneren Laufring und einem äußeren Laufring der Keramik-Lageranordnung angeordnet sind.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das ein Fahrzeug mit einer Lichtmaschine oder einem Generator umfassen kann, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln können. Das System kann auch eine Keramik-Lageranordnung enthalten, die auf einer Welle montiert ist, die in die Lichtmaschine integriert ist. Die Keramik-Lageranordnung kann einen oder mehrere Keramik-Wälzkörper enthalten, die zwischen einem inneren Laufring und einem äußeren Laufring der Keramik-Lageranordnung angeordnet sind.
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Figurenliste
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Der Gegenstand der Erfindung kann aus der Lektüre der folgenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstanden werden, wobei unten:
- 1A eine Schnittansicht eines Wechselstromgenerators/Generators veranschaulicht, der eine Lageranordnung enthält;
- 1B eine Schnittansicht einer Lageranordnung veranschaulicht;
- 1C eine Schnittansicht eines Motors veranschaulicht, der Lageranordnungen enthält;
- 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Bergbaufahrzeugsystems veranschaulicht;
- 3 ein schematisches Diagramm einer Lichtmaschine veranschaulicht, die elektrisch mit einem Motor gekoppelt ist;
- 4 ein Blockflussdiagramm eines Verfahrens zum Verringern der Temperatur einer Lageranordnung veranschaulicht, die in Verbindung mit einem Dieselmotor eines Bergbaufahrzeugs betrieben wird;
- 5 ein Diagramm des Temperaturanstiegs einer Lageranordnung über die Zeit veranschaulicht;
- 6 ein Diagramm des Temperaturanstiegs einer Lageranordnung über die Zeit veranschaulicht; und
- 7 ein Diagramm des Temperaturanstiegs einer Lageranordnung über die Zeit veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands können sich auf Systeme und Verfahren für eine Keramik-Lageranordnung beziehen. Diese Lageranordnung kann für die Verwendung in rotierenden Geräten maßgeschneidert werden. Geeignete rotierende Ausrüstung kann zum Beispiel eine Lichtmaschine oder einen Generator umfassen. Diese rotierenden Maschinen können stationär oder mobil sein. Wenn sie mobil sind, können sie in einem Fahrzeug entsorgt werden. Geeignete Fahrzeuge können Automobile, Bergbaufahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge, Straßenlastwagen, landwirtschaftliche und industrielle Ausrüstung und dergleichen sein. Insbesondere kann einem Motor eine Lichtmaschine oder ein Generator zugeordnet sein, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Hybrid-Keramik-Lageranordnung kann zahlreiche Keramik-Wälzkörper umfassen, die zwischen einem inneren Laufring und einem äußeren Laufring der Hybrid-Keramik-Lageranordnung angeordnet sein können. Die Keramik-Wälzkörper können im Vergleich zu anderen im Handel erhältlichen Lagern eine relativ geringere Masse und einen niedrigeren Reibungskoeffizienten aufweisen. Eine geringere Masse und ein geringerer Reibungskoeffizient können die Temperaturerzeugung im Lager während des Betriebs verringern. Dies kann zu einer niedrigeren absoluten Temperatur führen. Durch Bereitstellen der Keramik-Wälzkörper kann die von der Lageranordnung erzeugte Temperatur reduziert werden, wodurch die Lebensdauer des Wechselstromgenerators/Generators erhöht wird. Die Keramik-Wälzkörper können aufgrund der höheren Oberflächenbeschaffenheit widerstandsfähiger gegenüber einem geringen Schmierfilm sein. Die Keramik-Wälzkörper können aufgrund der geringeren Verschleißrate für die Materialkombination aus Stahl und Keramik relativ widerstandsfähiger gegenüber Stillstandsmarken sein. Insbesondere kann solche Stillstandsmarken während des Versands und der Handhabung mit herkömmlichen Lagern auftreten. Außerdem kann die reduzierte Betriebstemperatur die Schmierfetttemperatur verringern und folglich die Schmierfettlebensdauer verlängern.
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1A veranschaulicht eine Hybrid-Keramik-Lageranordnung 100, die in Verbindung mit einer Lichtmaschine 102 bereitgestellt ist, die mit einem Motor 104 gekoppelt ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Motor ein Dieselmotor. In einigen Ausführungsformen kann die Lichtmaschine ein Generator sein. Eine Welle 106 kann in die Lichtmaschine integriert sein. Das Lager der Lageranordnung wird während der Gerätemontage auf der Welle montiert. In einem Beispiel ist in der Lichtmaschine nur eine einzige Lageranordnung vorgesehen. Der dargestellte Motor ist ein Dieselmotor.
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Wie in der Schnittansicht des Hybrid-Keramik-Lagers in 1B dargestellt, kann das Lager einen inneren Laufring 108 umfassen, der in die Welle eingreift und durch diese gedreht wird. Ein geeigneter innerer Laufring kann ein Metall, ein Kunststoff, eine Keramik oder eine Kombination der vorgenannten sein. Der innere Laufring kann an der Welle befestigt oder mit dieser gekoppelt sein. Geeignete Kopplungsverfahren können Reibungspassung an der Welle, mechanische Befestigung, Schweißen und dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung einen äußeren Laufring 110 enthalten, der radial von dem inneren Laufring beabstandet ist. Der äußere Laufring kann in einem Beispiel mit einer Außenwand 112 eines Gehäuses 114 in Eingriff treten. Dieser Eingriff kann eine Drehung des äußeren Laufrings relativ zum inneren Laufring verhindern. In einem Beispiel besteht der äußere Laufring aus dem gleichen Material wie der innere Laufring. In einer Ausführungsform sind der innere und der äußere Laufring aus Materialien gebildet, die sich voneinander unterscheiden, einschließlich unterschiedlicher Metalle oder Metalllegierungen.
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Zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring kann eine Laufbahn 116 angeordnet sein, die mehrere Keramik-Wälzkörper 118 aufnimmt. Die Laufbahn kann sich bogenförmig um den Umfang des inneren Laufrings erstrecken und hat eine Größe und Form, um jeden der mehreren Keramik-Wälzkörper aufzunehmen. In einem Beispiel können die mehreren Keramik-Wälzkörper von einem Käfig 119 aufgenommen werden. Die Keramik-Wälzkörper drehen sich um die Welle mit dem inneren Laufring, rollen oder bewegen sich um den stationären äußeren Laufring. Dadurch, dass Keramik-Wälzkörper zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring angeordnet sind, kann die zwischen den sich bewegenden Wälzkörpern erzeugte Reibung geringer sein, als wenn der innere Laufring direkt mit dem äußeren Laufring in Eingriff wäre.
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Geeignete Keramik-Wälzkörper können kugelförmig, zylindrisch, konisch, konisch oder dergleichen sein und auf der Grundlage von Endverwendungsparametern ausgewählt werden. Geeignete Keramik-Wälzkörper können massiv, hohl oder mit Zellen gefüllt sein. Geeignete Keramik-Wälzkörper können in einer Ausführungsform keramisch beschichtet sein, in einer anderen Ausführungsform einen Keramikkern aufweisen oder bezüglich des Materials durchgehend homogen (und keramisch) sein.
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Die Hybrid-Keramik-Lageranordnung kann aus einem Keramikmaterial hergestellt sein. Geeignete Keramikmaterialien können reine Keramik- oder Cermet-Materialien umfassen. Jeder Keramik-Wälzkörper kann mindestens einen Teil des Keramik-Wälzkörpers enthalten, der aus einem keramischen Material hergestellt ist. Zu diesem Zweck kann in einer Ausführungsform jeder der Keramik-Wälzkörper ein keramisches Material ohne irgendein anderes Material sein. In einem Beispiel kann ein keramisches Wälzkörper sowohl keramische als auch metallische Materialien enthalten. Beispielsweise kann ein Keramik-Wälzkörper aus 99,99 Gew.-% Keramik und 0,01 Gew.% eines alternativen Materials, einschließlich Metall, bestehen. In einem anderen Beispiel kann der Keramik-Wälzkörper aus 0,01 Gew.-% Keramik und 99,99 Gew.-% alternativem Material wie Metall bestehen. In einem anderen Beispiel kann der Keramik-Wälzkörper zu mindestens 50 Gew.-% aus einem keramischen Material bestehen. In anderen Beispielen kann der Keramik-Wälzkörper zu mindestens 20 Gew.-% aus einem keramischen Material bestehen. Basierend auf der Endanwendung kann eine geeignete Keramik in Bezug auf ihre Schmelztemperatur, Härte, Leitfähigkeit, Elastizitätsmodule, chemische Beständigkeit und Duktilität ausgewählt werden. Die Anforderungen der Endanwendung haben einen starken Einfluss auf die Wahl des Lagermaterials. Je höher die Anforderungen an die Lager sind, desto gezielter wird die Materialauswahl. Geeignetes keramisches Material umfasst anorganische, nichtmetallische Materialien. In einer Ausführungsform ist die Keramik aus kristallinen Oxid-, Nitrid- oder Karbidmaterialien ausgewählt. In einer Ausführungsform kann die Keramik Kohlenstoff oder Silizium umfassen. In einer Ausführungsform kann die Keramik Aluminiumoxid (Tonerde), Siliziumcarbid und/oder Wolframcarbid umfassen. In einer Ausführungsform ist eine geeignete Keramik ein Keramikmatrix-Verbundstoff (CMC). In einer Ausführungsform ist die Keramik ein Oxid. In einer Ausführungsform ist die Keramik ein Nichtoxid. In einer Ausführungsform ist die Keramik ein Verbundmaterial. Geeignete Oxide können eines oder mehrere von Aluminiumoxid, Berylliumoxid, Ceroxid und Zirkonoxid umfassen. Geeignete Nichtoxide können ein oder mehrere Carbide, Boride, Nitride und Silicide umfassen. In einem Beispiel wird Si3N4, Siliziumnitrid als Wälzkörper verwendet. Unterdessen wird in einer Ausführungsform eine Aluminiumoxidbeschichtung verwendet, um einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring oder beide zu isolieren, um die Wärmeübertragung zu reduzieren. Unter Bezugnahme auf das Vorstehende können geeignete Verbundmaterialien partikelverstärkt, faserverstärkt und Kombinationen von Oxiden und Nichtoxiden sein. Insbesondere die Wärmeübertragung und der Temperaturunterschied des keramischen Materials des Wälzkörpers im Vergleich zu Wälzkörpern aus Stahl sind unerwartet. Während eine Reduzierung der Temperatur erwartet wird, war die signifikante Temperaturreduzierung stattdessen unerwartet und über eine bloße Materialänderung hinaus. Die Wärmeübertragungseigenschaften, Gewichts- und Reibungsreduzierung, Reduzierung der Scherkräfte usw. kombiniert für die signifikante Temperaturreduzierung. Zu diesem Zweck würde das bloße Beschichten eines Stahllagerelements mit keramischem Material in einem Versuch, den Wärmeübertragungsvorteil zu erreichen, nicht zu der signifikanten Verringerung der Temperatur führen, wie sie beobachtet wird, wenn ein vollständig keramisches Lagerelement bereitgestellt wird.
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Durch Bereitstellen eines Keramik-Wälzkörpers kann der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) im Vergleich zu einem Wälzkörper aus Stahl verringert werden. Außerdem können die Keramik-Wälzkörper im Vergleich zu Stahlwälzkörpern sowohl eine geringere Masse als auch einen geringeren Reibungskoeffizienten aufweisen. Ein niedriger CTE kann dazu beitragen, die Lagerluft unter Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Es kann zu einer Verringerung der Temperaturentwicklung im Lager und damit zu einer niedrigeren absoluten Temperatur kommen. Folglich wird die Lagerlebensdauer verlängert, während die Fettlebensdauer infolge der verringerten Betriebstemperaturen erhöht wird. In einer Ausführungsform können die Keramik-Wälzkörper aufgrund einer relativ höheren Oberflächenbeschaffenheit gegenüber einem geringen Schmierfilm elastisch sein. In einer Ausführungsform können die Keramik-Wälzkörper relativ widerstandsfähiger gegenüber Stillstandsmarken sein, die im Allgemeinen auftritt, wie beispielsweise während des Versands und der Handhabung. Geeignete Keramik-Wälzkörper können relativ widerstandsfähig gegenüber Situationen mit niedrigem Schmierfilm sowie widerstandsfähig gegenüber Beschädigungen im Zusammenhang mit Versand, Stößen oder anderen Anomalien beim Versand, der Handhabung und dem Betrieb sein.
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Die Leistung der Keramik-Wälzkörper kann im Vergleich zu isolierten Stahllagern verbessert werden, die die Temperaturerzeugung in einem Lagersystem nicht in dem Maße verringern, wie ein Hybrid-Keramik-Lager die Temperaturerzeugung verringern kann. In einer Ausführungsform kann eine Hybrid-Keramik-Lageranordnung mit der gleichen Last, Geschwindigkeit und Größe wie eine Lageranordnung betrieben werden, die keine Keramik-Wälzkörper verwendet. Es kann eine relative Leistungsverbesserung im Hinblick auf verringerte Ausfälle in der Hybrid-Keramik-Lageranordnung aufgrund von Hitze und Temperaturunterschieden geben.
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1C veranschaulicht eine alternative Ausführungsform, die eine erste Hybrid-Keramik-Lageranordnung 100C und ein zweites Hybrid-Keramik-Lager 101C umfasst, die beide in Verbindung mit einem Motor 102C vorgesehen sind. In einigen Ausführungsformen kann ein Motor Drehmoment für die Räder eines Fahrzeugs bereitstellen, einschließlich der Räder eines Bergbaufahrzeugs. Zu diesem Zweck kann eine Welle 106C in den Motor integriert werden. Das Lagerelement der ersten Lageranordnung kann ein sphärisches Lagerelement sein, wohingegen das Lagerelement der zweiten Lageranordnung ein zylindrisches Lagerelement sein kann. Alternativ können die Lagerelemente andere Formen umfassen, wie hierin im Detail beschrieben. In einem Beispiel ist nur die erste Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine Hybrid-Keramik-Lageranordnung. In ähnlicher Weise ist in anderen Beispielen nur die zweite Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine Hybrid-Keramik-Lageranordnung.
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2 stellt ein schematisches Diagramm eines Bergbaufahrzeugsystems 200 dar, das einen Bergbaulastwagenaufbau 202 umfassen kann, der eine bewegliche Lastwagenpritsche 204 aufnimmt. Die bewegliche Lastwagenpritsche kann Bergbaumaterialien zum Transportieren von einer Baustelle aufnehmen. Solches Bergbaumaterial kann Kohle, Erz, Erde oder dergleichen umfassen.
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Das Bergbaufahrzeugsystem kann zusätzlich eine Traktionsanordnung 206 beinhalten, die mehrere Räder 208 hat. Die Traktionsanordnung kann auch mindestens eine Achse 210 beinhalten, die durch eine Antriebsmaschinenanordnung 212 gedreht wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Traktionsanordnung einzelne Motoren (3) enthalten, die von der Antriebsmaschinenanordnung angetrieben werden, um Räder einzeln zu drehen. Die Antriebsmaschinenanordnung kann einen Motor 214 umfassen, der eine Ausgangswelle umfassen kann, die mit einer Lichtmaschine 216 oder einem Generator 218 gekoppelt ist. In einem Beispiel ist der Motor ein Dieselmotor.
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Die Lichtmaschine oder der Generator funktioniert abhängig von der elektrischen Ausgangswellenform (AC vs. DC) entweder als Lichtmaschine oder als Generator. Außerdem kann die Lichtmaschine oder der Generator je nach Drehrichtung der Abtriebswelle mechanische Leistung in elektrische Leistung umwandeln oder elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandeln. Dennoch stellt die Lichtmaschine die Antriebskraft für die mindestens eine Achse bereit, um die Räder anzutreiben. In einer Ausführungsform stellen der Motor und die Lichtmaschine zusammen eine Ausgangsleistung von mehr als 3500 Pferdestärken (HP) oder 2600 Kilowatt (kW) bereit, um Räder des Bergbaufahrzeugsystems anzutreiben.
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3 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm einer Lichtmaschine 300, die elektrisch mit einem Motor 302 gekoppelt ist und ein Rad eines Fahrzeugs antreiben kann. In der Ausführungsform von 3 wandelt die Lichtmaschine die mechanische Leistung eines Motors in elektrische Leistung um, und die Lichtmaschine treibt einen Motor an, um ein einzelnes Rad eines Fahrzeugs anzutreiben. Wie dargestellt, kann die Lichtmaschine mit einer Antriebsschaltung 304 gekoppelt sein, die einen Gleichrichter 306, einen Gleichstromverbindungskondensator 308 und einen Wechselrichter 310 umfassen kann, um einen Eingang für den Motor bereitzustellen. Auf diese Weise kann die Lichtmaschine Leistung sowohl für den Antrieb als auch für die Hilfsleistung für ein gesamtes Fahrzeug bereitstellen.
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4 veranschaulicht ein Verfahren 400 zum Reduzieren der Temperatur einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung, die in Verbindung mit einem Dieselmotor eines Fahrzeugsystems betrieben wird. In einem Beispiel ist die Hybrid-Keramik-Lageranordnung die Hybrid-Keramik-Lageranordnung der Lichtmaschine der 2, und das Fahrzeugsystem ist das Fahrzeugsystem der 1.
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Bei Schritt 402 wird eine Hybrid-Keramik-Lageranordnung mit einem oder mehreren von einem Wechselstromgenerator oder einem Generator gekoppelt, der sich an Bord eines Fahrzeugs befindet. In einer Ausführungsform ist nur eine einzige Lageranordnung vorgesehen. In einer Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Fahrzeugsystem. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeug ein Geländefahrzeug, ein Trolley, ein Traktoranhänger, ein Baggerlader, ein Mähdrescher usw. sein, das einen Dieselmotor und insbesondere einen Dieselmotor zum Erzeugen von mehr als 3500 Pferdestärken (HP) oder 2600 Kilowatt (kW) Ausgangsleistung verwendet. In einem Beispiel befinden sich die Lichtmaschine oder der Generator an Bord des Fahrzeugs, indem sie mit dem Fahrzeuggehäuse in einer Position gekoppelt sind, um mit einem Motor des Fahrzeugsystems gekoppelt zu werden.
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Bei Schritt 404 umfasst die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine Welle, die in eine Lichtmaschine integriert sein kann. Das Hybrid-Keramik-Lager kann Keramik-Wälzkörper beinhalten, die in beispielhaften Ausführungsformen beliebige der Keramik-Wälzkörper sind, wie in Bezug auf 2 beschrieben. In einem solchen Beispiel sind die Keramik-Wälzkörper nur aus einem keramischen Material gebildet und enthalten kein Metall. In einem anderen Beispiel sind die Keramik-Wälzkörper Keramik-Wälzkörper, wobei ein Teil eines Wälzkörpers keramisch ist, während ein anderer Teil des Wälzkörpers metallisch ist. Insbesondere durch Bereitstellen von Keramik-Wälzkörpern kann Verschleiß infolge mechanischer Verwendung begrenzt werden, indem das metallische Material der inneren und äußeren Laufringe verwendet wird, während die Temperaturerzeugung und -differenz durch das keramische Material in den Keramik-Wälzkörpern verringert wird. Auf diese Weise bietet die Hybrid-Keramik-Lageranordnung sowohl Verschleißfestigkeit als auch Temperaturreduzierung.
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Bei Schritt 406 werden die als Ergebnis der Keramik-Wälzkörper erzeugte Temperatur und der Temperaturunterschied zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring im Vergleich zu einer Lageranordnung verringert, die metallische Wälzkörper verwendet. Insbesondere sind das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper weniger wärmeleitend als der innere Laufring und der äußere Laufring der Hybrid-Keramik-Lageranordnung. Als Ergebnis stellt die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine reduzierte Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring relativ zu einer anderen Lageranordnung mit einem oder mehreren metallischen Wälzkörpern bereit. Folglich kann eine verbesserte Fetteffizienz und folglich die Lebensdauer der Lichtmaschine und somit die Lebensdauer des Motors verlängert werden.
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5 ist ein Graph eines Vergleichs der mechanischen Temperatur, die von der gleichen Lichtmaschine erzeugt wird, wenn Stahllager verwendet werden, im Vergleich zu Keramik-Wälzkörpern in einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung. Der Graph zeigt den Temperaturanstieg über der Umgebung 502 in Grad Celsius (°C) über die Zeit 504 in Minuten. Die Linie 506 zeigt die Temperatur, die durch die Verwendung der Stahllager gemessen wurde, die ansteigen und bei etwa 70°C gehalten werden, wohingegen die Linie 508 einen ersten Lauf von Keramik-Wälzkörpern zeigt, wo die Temperatur ansteigt und auf etwa 60°C gehalten wird, bevor sie schließlich auf 70°C geht. Außerdem zeigt die Linie 510 einen zweiten Lauf der Keramik-Wälzkörper, bei dem die Temperatur ansteigt und bei etwa 50°C, dann bei etwa 55°C und schließlich bei 60°C gehalten wird. In jedem Fall ist die Temperaturdifferenz für die Hybrid-Keramik-Lageranordnung im Laufe der Zeit deutlich geringer als die Lageranordnung, die Stahllager verwendet.
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6 veranschaulicht einen weiteren Vergleich einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung mit einer Lageranordnung, die Stahllager verwendet, wenn über die Zeit unterschiedliche Umdrehungen pro Minute (U/Min) bereitgestellt werden. Der Graph kann eine Achse für den Temperaturanstieg über die Umgebung 602 in °C und die Drehzahl 604 in U/Min über die Zeit 606 in Minuten enthalten. Die linke Seite 608 des Diagramms stellt die Temperaturänderung über die Zeit bei 1400 U/Min dar, während die rechte Seite 610 des Diagramms die Lichtmaschine bei 1900 U/Min darstellt. Die Linie 612 stellt die Temperatur des inneren Laufrings eines Lagersystems dar, das Stahllager verwendet, während die Linie 614 die Temperatur des inneren Laufrings einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung darstellt, die die Keramik-Wälzkörper verwendet. In ähnlicher Weise stellt die Linie 616 die Temperatur des äußeren Laufrings einer Lageranordnung dar, die die Stahllager verwendet, während die Linie 618 die Temperatur des äußeren Laufrings einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung darstellt, die Keramik-Wälzkörper verwendet. Unterdessen repräsentiert die Linie 620 die Temperaturdifferenz Delta zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring für die Lageranordnung, die die Stahllager verwendet, und die Linie 622 repräsentiert das Delta des inneren Laufrings und des äußeren Laufrings für die Hybrid-Keramik-Lageranordnung. In jedem Fall sorgte die Hybrid-Keramik-Lageranordnung für dieselbe Lichtmaschine im Laufe der Zeit für eine Verringerung der Temperatur sowohl am inneren Laufring als auch am äußeren Laufring, zusammen mit einer Verringerung der Delta-Temperatur zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring. Beispielsweise beträgt ein Anstieg des Temperaturunterschieds zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring weniger als 20 Grad Celsius, wenn das System in einem Bereich zwischen 1400 und 1900 Umdrehungen pro Minute für einen Zeitraum von weniger als 3 Minuten arbeitet. Als Ergebnis dieser signifikanten und wesentlichen Verringerung der Temperatur und der Delta-Temperatur tritt weniger Verschleiß am inneren Laufring und äußeren Laufring auf. Außerdem wird die Temperatur des innerhalb des Lagersystems verwendeten Schmierfetts in ähnlicher Weise verringert. Dadurch wird die Ermüdung innerhalb des Lagersystems infolge längerer Temperatureinwirkung verringert, wodurch die Lebensdauer des Lagersystems erhöht wird.
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7 veranschaulicht einen Graphen einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung, die ein Spiel von 0,030 Zoll hat. Der Graph kann eine Achse beinhalten, die den Temperaturanstieg über der Umgebung 702 in Grad Celsius, die Geschwindigkeit 704 in U/Min und die Zeit 706 in Minuten zeigt. Auf der linken Seite 708 des Diagramms wurde die Lichtmaschine mit 1100 U/Min betrieben, in der Mitte 710 des Diagramms wurde die Lichtmaschine mit 1400 U/Min betrieben und auf der rechten Seite 712 des Diagramms wurde die Lichtmaschine mit 1900 U/Min betrieben. In dem Diagramm stellt die Linie 714 die Temperatur des inneren Laufrings einer Lageranordnung dar, die Stahllager verwendet, Linie 716 stellt die Temperatur des inneren Laufrings einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung dar, Linie 718 stellt die Temperatur des äußeren Laufrings einer Lageranordnung dar, die Stahllager verwendet, und die Linie 720 repräsentiert die Temperatur des äußeren Laufrings einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung. Wie auch in den vorherigen Diagrammen dargestellt, werden durch die Verwendung der Hybrid-Keramik-Lageranordnung sowohl die Temperatur als auch die Delta-Temperatur verringert, wodurch die Gesundheit der Lageranordnung und die Lebensdauer des Lagerfetts verbessert werden. Ähnlich wie im Beispiel von 7 beträgt eine Erhöhung des Temperaturunterschieds zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring weniger als 20 Grad Celsius, wenn das System weniger als 3 Minuten in einem Bereich zwischen 1100 und 1900 Umdrehungen pro Minute arbeitet.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das eine an Bord eines Fahrzeugs angeordnete Lichtmaschine aufweist. Das System kann die Drehbewegung einer Motorwelle in elektrische Energie umwandeln. Zusätzlich kann das System eine Hybrid-Keramik-Lageranordnung für eine Lichtmaschine oder den Generator enthalten. Die Hybrid-Keramik-Lageranordnung kann ein oder mehrere Keramik-Wälzkörper enthalten, die zwischen einem inneren Laufring und einem äußeren Laufring der Hybrid-Keramik-Lageranordnung angeordnet sind.
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Optional können das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper aus einem keramischen Material gebildet sein und kein Metall enthalten. In einem Aspekt können die Lichtmaschine und die Hybrid-Keramik-Lageranordnung an Bord eines Fahrzeugs angeordnet sein. In einem anderen Aspekt kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine einzelne Lageranordnung sein.
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Optional können das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper weniger wärmeleitend sein als der innere Laufring und der äußere Laufring der Hybrid-Keramik-Lageranordnung. In einem Beispiel kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine reduzierte Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring relativ zu einer anderen Lageranordnung mit einem oder mehreren MetallWälzkörpern bereitstellen. In einem weiteren Beispiel kann das System die Lichtmaschine enthalten und die Hybrid-Keramik-Lageranordnung kann das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper enthalten, die nur aus einem keramischen Material gebildet sind.
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Bei einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, das das Bereitstellen einer Hybrid-Keramik-Lageranordnung in einer Lichtmaschine oder einem Generator, der sich an Bord eines Fahrzeugs befindet, umfassen kann. Die Hybrid-Keramik-Lageranordnung kann ein oder mehrere Keramik-Wälzkörper umfassen, die zwischen einem inneren Laufring und einem äußeren Laufring der Lageranordnung angeordnet sind.
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Optional können das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper aus einem keramischen Material gebildet sein und kein Metall enthalten. In einem Beispiel kann das Fahrzeug ein Bergbaufahrzeug sein. In einem anderen Beispiel kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine einzelne Lageranordnung sein. In einem Aspekt können das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper weniger wärmeleitend sein als der innere Laufring und der äußere Laufring der Hybrid-Keramik-Lageranordnung. In einem weiteren Aspekt kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine verringerte Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring relativ zu einer anderen Lageranordnung mit einem oder mehreren MetallWälzkörpern bereitstellen. In einer anderen Ausführungsform kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung mit der Lichtmaschine gekoppelt sein. Die Hybrid-Keramik-Lageranordnung kann das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper enthalten, die nur aus einem Keramikmaterial gebildet sind, und das Fahrzeug ist ein Bergbaufahrzeug.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein Bergbaufahrzeug bereitgestellt, das einen oder mehrere Wechselstromgeneratoren oder Generatoren umfassen kann, die eine Drehbewegung von einer Motorwelle in elektrische Energie umwandeln können. Das Bergbaufahrzeug kann auch einen Motor, der die Motorwelle drehen kann, und eine Hybrid-Keramik-Lageranordnung innerhalb der Lichtmaschine oder des Generators umfassen. Die Hybrid-Keramik-Lageranordnung kann ein oder mehrere Keramik-Wälzkörper enthalten, die zwischen einem inneren Laufring und einem äußeren Laufring der Lageranordnung angeordnet sind.
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Optional können das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper aus einem keramischen Material gebildet sein und kein Metall enthalten. In einem Aspekt kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine einzelne Lageranordnung sein. In einem anderen Aspekt können das eine oder die mehreren Keramik-Wälzkörper weniger wärmeleitend sein als der innere Laufring und der äußere Laufring der Hybrid-Keramik-Lageranordnung. In einem Beispiel kann die Hybrid-Keramik-Lageranordnung eine Temperaturdifferenz zwischen dem inneren Laufring und dem äußeren Laufring relativ zu einer anderen Lageranordnung mit einem oder mehreren MetallWälzkörpern reduzieren. In einem anderen Aspekt kann das Bergbaufahrzeug einen oder mehrere Traktionsmotoren umfassen, die durch die elektrische Energie von der Lichtmaschine angetrieben werden und die das Bergbaufahrzeug antreiben.
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Die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ schließen Bezugnahmen auf den Plural ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. „Optional“ oder „wahlweise“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der Umstand eintreten kann oder nicht, und dass die Beschreibung Fälle enthalten kann, in denen das Ereignis eintritt, und Fälle, in denen es nicht eintritt. Annäherungssprache, wie sie hier in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewendet werden, um jede quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässigerweise variieren könnte, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion zu führen, auf die sie sich beziehen kann. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „etwa“, „im Wesentlichen“ und „ungefähr“ modifiziert wird, möglicherweise nicht auf den angegebenen genauen Wert beschränkt. Zumindest in einigen Fällen kann die Annäherungssprache der Genauigkeit eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichsbeschränkungen kombiniert und/oder ausgetauscht werden, solche Bereiche können identifiziert werden und alle darin enthaltenen Unterbereiche umfassen, sofern Kontext oder Sprache nichts anderes angeben.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Ausführungsformen zu offenbaren, einschließlich des besten Modus, und um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Ausführungsformen zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und Verwendung beliebiger Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung beliebiger integrierter Verfahren. Die Ansprüche definieren den patentierbaren Umfang der Offenbarung und schließen andere Beispiele ein, die dem Durchschnittsfachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen im Umfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche enthalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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