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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager, das zum Beispiel in einer Ölpumpe oder einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs zum Stützen einer Drehwelle verwendet wird, und im Besonderen auf ein Wälzlager mit einem Rotationssensor zum Erkennen der Anzahl von Umdrehungen des Käfigs oder des Innenrings des Lagers.
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Hintergrund der Technik
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Beispielsweise offenbaren die unten benannten Patentdokumente 1 bis 5 jeweils ein herkömmliches Wälzlager, an dem ein Rotationssensor integral angebracht ist.
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Bei dem Wälzlager des Patentdokuments 1 handelt es sich um ein Kugellager, das einen Rotationssensor beinhaltet, der durch die Kombination eines magnetischen Erkennungselements und einer Codiereinrichtung, die so magnetisiert ist, dass die Nordpole in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen mit den Südpolen abwechseln, oder statt der Codiereinrichtung, eines magnetischen Presselements gebildet ist, das mit Aussparungen ausgebildet ist (siehe Absatz [0020]).
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Die Codiereinrichtung ist an dem Innenring montiert und wird gleichzeitig durch eine Halteeinrichtung gestützt. Das magnetische Erkennungselement ist an einem Sensorgehäuse montiert, das an dem Außenring befestigt ist, und erkennt die Umdrehung z. B. der Codiereinrichtung.
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Bei dem Wälzlager des Patentdokuments 2 handelt es sich ebenfalls um ein Kugellager. Dieses Kugellager beinhaltet einen Rotationssensor, der durch die Kombination eines Impulsgeberrings (eines Impulsrings, siehe 2), der an dem Innenring montiert ist, und eines Magnetsensors gebildet ist, der durch den Außenring gehalten wird.
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Der Magnetsensor ist an einem Sensorgehäuse montiert, das an dem Außenring befestigt ist, und erkennt die Umdrehung des Impulsgeberrings, der sich zusammen mit dem Innenring dreht.
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Das Patentdokument 3 offenbart als Drehstützvorrichtung mit einem Sensor eine Vorrichtung, die ein Wälzlager mit einem ähnlichen Aufbau wie das Kugellager des Patentdokuments 1 (siehe 4); eine Codiereinrichtung, die an einer Drehwelle montiert ist, die durch den Innenring des Lagers gestützt wird; und einen Sensor zum Erkennen der Umdrehung der Codiereinrichtung beinhaltet. Der Sensor ist an einem Lagergehäuse, an das der Außenring des Lagers gepasst ist, oder an einem Stützkranz montiert, der an einem Ende des Außenrings montiert ist (siehe 1 und 5).
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Das Patentdokument 4 offenbart, dass die Drehgeschwindigkeit des Käfigs eines Lagers durch einen Umdrehungssensor erkannt wird, der außerhalb des Lagers angeordnet ist (Absatz 0032).
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Das Patentdokument 5 offenbart eine Überwachungsvorrichtung, in der eine Codiereinrichtung, bei der die Nordpole in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen mit den Südpolen abwechseln, integral an einem Käfig angebracht ist, und ein Sensor die Umdrehung des Käfigs erkennt.
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Veröffentlichungen des Standes der Technik
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: WO2014/188473
- Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2010-190281
- Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2006-092412
- Patentdokument 4: japanisches Patent Nr. 4668227
- Patentdokument 5: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2005-344842
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Übersicht über die Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Die Anzahl von Umdrehungen des Käfigs eines Lagers unterscheidet sich von der Anzahl der Umdrehungen des Innenrings und schwankt darüber hinaus z. B. entsprechend der ausgeübten Belastung.
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Wenn die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs genau gemessen werden kann, wäre es möglich, auf Grundlage der gewonnenen Messdaten das Verhalten des Lagers, wie sich die Wälzkörper um ihre Achsen drehen, und jegliche Schäden an dem Lager zu überwachen. Jedoch gibt es unter den herkömmlichen Kegelrollenlagern, die einen drehbaren Innenring und einen feststehenden Außenring beinhalten und eine Drehwelle stützen, keine, die als integralen Bestandteil einen Rotationssensor zum Erkennen der Anzahl von Umdrehungen des Käfigs beinhalten.
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Da ein Kegelrollenlager durch getrenntes Montieren des Innenrings und des Außenrings zusammengebaut wird, ist es baulich schwierig, einen Rotationssensor integral an dem Außenring anzubringen. Dies verhindert offensichtlich die Umsetzung eines Kegelrollenlagers, an dem ein Sensor integral angebracht ist.
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Da bei dem Wälzlager des Patentdokuments 1 eine Codiereinrichtung an dem Innenring montiert ist, ist es unmöglich, die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs genau zu messen.
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Da es bei dem Wälzlager des Patentdokuments 1 erforderlich ist, eine Codiereinrichtung, die so magnetisiert ist, dass die Nordpole in Umfangsrichtung mit den Südpolen abwechseln, oder ein magnetisches Presselement, das mit Aussparungen ausgebildet ist, getrennt bereitzustellen, ist die Lagereinheit tendenziell kompliziert im Aufbau, groß und kostspielig.
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Da auch bei dem Wälzlager des Patentdokuments 2 ein Impulsgeberring getrennt an dem Innenring montiert ist, um die Umdrehung des Innenrings zu messen, ist es unmöglich, die Anzahl dessen Umdrehungen genau zu messen, wie bei dem Wälzlager des Patentdokuments 1, und das Lager ist ebenfalls tendenziell kompliziert im Aufbau, groß und kostspielig.
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Da auch bei der Drehstützvorrichtung mit einem Sensor des Patentdokuments 3 eine dedizierte Codiereinrichtung an dem Innenring des Lagers oder der durch den Innenring gestützten Drehwelle montiert werden muss, ist die Vorrichtung tendenziell kompliziert im Aufbau, groß und kostspielig.
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Wenngleich das Patentdokument 3 offenbart, dass es durch Montieren der Codiereinrichtung an dem Käfig möglich ist, aus der Umdrehung der Codiereinrichtung die Umdrehungsgeschwindigkeit (die Bewegungsgeschwindigkeit um die Achse des Lagers) der Kugeln (Wälzkörper) zu erkennen, die durch den Käfig gehalten werden (siehe Absatz 0023), wird im Hinblick auf die Einzelheiten der Codiereinrichtung (die an dem Käfig montiert ist) nichts offenbart.
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Wenngleich das Patentdokument 4 offenbart, dass der Umdrehungssensor die Umdrehungsgeschwindigkeit des Käfigs des Lagers erkennt, handelt es sich bei diesem Umdrehungssensor um einen externen Sensor.
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Daher kann der Aufbau des Patentdokuments 4 nicht in einer Wälzlagereinheit verwendet werden, in der ein Schmieröl so durch den Lagerraum zwischen dem Innenring und dem Außenring strömt, dass es das Innere der Wälzlagereinheit schmiert, und in der ein Dichtungselement an dem Eingang des Lagerraums montiert ist, wobei das Dichtungselement ein Filter zum Filtern des Schmieröls beinhaltet, wodurch in dem Schmieröl enthaltene Fremdkörper aufgefangen werden. Der Grund dafür ist, dass zum Montieren eines solchen externen Sensors nicht genügend Platz vorhanden ist.
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Wenngleich bei der Überwachungsvorrichtung des Patentdokuments 5 ein Abschnitt des Käfigs die Codiereinrichtung ausbildet, erhöht eine solche Codiereinrichtung die Fertigungskosten der Überwachungsvorrichtung, da diese Codiereinrichtung sich in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen abwechselnde Nord- und Südpole aufweist.
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Da bei der Überwachungsvorrichtung des Patentdokuments 5 der Sensor an einer Stirnfläche eines Gehäuses montiert ist, in dem ein Lager aufgenommen wird, ist es darüber hinaus unmöglich, die Umdrehung des Käfigs des Lagers nur mit dem Lager zu messen.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wälzlager umzusetzen und bereitzustellen, an dem ein Rotationssensor integral angebracht ist, wobei der Rotationssensor in der Lage ist, die Anzahl der Umdrehungen des Innenrings oder des Käfigs genau zu erkennen, selbst wenn es sich bei dem Wälzlager um ein Kegelrollenlager handelt.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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Um das obige Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Wälzlager mit einem Rotationssensor bereit, wobei das Wälzlager aufweist: einen Innenring; einen Außenring, der fest in einem Gehäuse montiert ist; Wälzkörper, die in einem Lagerraum angeordnet sind, der zwischen dem Innenring und dem Außenring definiert ist; einen Käfig, der Taschen aufweist, in die die jeweiligen Wälzkörper so aufgenommen sind, dass die Wälzkörper wälzbar gehalten werden; zumindest ein Dichtungselement, das aus einem Harz hergestellt ist und an einer Öffnung des Lagerraums an einem Ende des Lagerraums montiert ist; wobei das Dichtungselement an dem Außenring und/oder dem Gehäuse befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig aus einem Magnetmaterial hergestellt ist und einen Impulsring beinhaltet, der integral an einem Ende des Käfigs gegenüber dem Dichtungselement ausgebildet ist, wobei der Impulsring Vertiefungen und Vorsprünge aufweist, wobei die Vertiefungen und Vorsprünge in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet sind; wobei das Wälzlager des Weiteren einen magnetischen Rotationssensor aufweist, der so an dem Dichtungselement montiert ist, dass er in der Lage ist, jeglichen der Vertiefungen und der Vorsprünge des Impulsrings gegenüberzuliegen (dieses Wälzlager wird als „Wälzlager des ersten Aspekts“ bezeichnet).
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Das Dichtungselement kann an dem Ende des Lagerraums, durch das Schmieröl ausgetragen wird, oder an dem Ende des Lagerraums angeordnet sein, durch das Schmieröl eingebracht wird.
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In dem Wälzlager des ersten Aspekts sind die Vertiefungen des Impulsrings bevorzugt von den Taschen des Käfigs, in die die Wälzkörper aufgenommen werden, in Umfangsrichtung versetzt.
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Der magnetische Rotationssensor ist bevorzugt an dem zylindrischen Abschnitt des Dichtungselements montiert.
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Die Lagereinheit der vorliegenden Erfindung kann ein Wälzlager beinhalten, wobei der Innenring einen Impulsring beinhaltet, der Vertiefungen und Vorsprünge aufweist; und wobei das Wälzlager des Weiteren einen magnetischen Rotationssensor aufweist, der so montiert ist, dass er in der Lage ist, jeglichen der Vertiefungen und der Vorsprünge des Impulsrings gegenüberzuliegen (dieses Wälzlager wird als „Wälzlager des zweiten Aspekts“ bezeichnet).
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Die Lagereinheit der vorliegenden Erfindung kann ein Wälzlager beinhalten, wobei der Käfig einen ersten Impulsring beinhaltet, der Vertiefungen und Vorsprünge aufweist, und der Innenring einen zweiten Impulsring beinhaltet, der Vertiefungen und Vorsprünge aufweist; und wobei das Wälzlager des Weiteren einen ersten und einen zweiten magnetischen Rotationssensor aufweist, die so montiert sind, dass der erste magnetische Rotationssensor in der Lage ist, jeglichen der Vertiefungen und der Vorsprünge des ersten Impulsrings gegenüberzuliegen, und dass der zweite magnetische Rotationssensor in der Lage ist, jeglichen der Vertiefungen und der Vorsprünge des zweiten Impulsrings gegenüberzuliegen (dieses Wälzlager wird als „Wälzlager des dritten Aspekts“ bezeichnet).
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In dem Wälzlager jeder der zweiten und der dritten Ausführungsform ist der magnetische Rotationssensor, der dem Impulsring des Innenrings gegenüberliegt, oder der zweite magnetische Rotationssensor, der dem zweiten Impulsring des Innenrings gegenüberliegt, darüber hinaus so an dem Dichtungselement montiert, dass er integral an dem Wälzlager angebracht ist.
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Der magnetische Rotationssensor oder jeder des ersten magnetischen Rotationssensors und des zweiten magnetischen Rotationssensors ist dazu ausgebildet, ein Erkennungssignal entweder mit einer digitalen Wellenform oder einer analogen Wellenform (Sinuswelle) auszugeben. Wenn ein Sensor, der dazu ausgebildet ist, ein Erkennungssignal mit einer analogen Wellenform auszugeben, an dem zylindrischen Abschnitt des Dichtungselements montiert ist, ist es möglich, auch die Temperatur des Lagers zu erkennen.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Temperatur des Lagers durch zusätzliches Montieren eines Abstandssensors an dem zylindrischen Abschnitt des Dichtungselements zu erkennen, wobei der Abstandssensor in der Lage ist, eine Änderung der Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem Innenring zu erkennen. Die Temperaturmessung des Lagers wird ausführlich unter dem Punkt „Das beste Verfahren zum Ausführen der Erfindung“ beschrieben.
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Wirkungen der Erfindung
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Da ein Impulsring oder -ringe, der/die integral an dem Käfig und/oder dem Innenring montiert ist/sind, und (ein) magnetische(r) Rotationssensor oder -sensoren, der/die an dem Dichtungselement montiert ist/sind, das durch den Außenring gestützt wird, in dem Wälzlager der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist es, selbst wenn das Wälzlager als Kegelrollenlager verwendet wird, möglich, die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs und/oder die Anzahl der Umdrehungen des Innenrings mithilfe des/der magnetischen Rotationssensors oder -sensoren, der/die integral an dem Lager angebracht ist/sind, sehr genau zu erkennen und auf diese Weise den Zustand des Lagers auf Grundlage gewonnener Erkennungsdaten zu überwachen.
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Bei dem Wälzlager des ersten Aspekts ist das Lager im Vergleich mit einer herkömmlichen Wälzlagereinheit mit einem Rotationssensor, bei dem keine Codiereinrichtung oder kein Impulsring auf diese Weise zusammen verwendet werden, tendenziell einfach im Aufbau, klein und preiswert, da ein Impulsring und ein Käfig zusammen verwendet werden.
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Da (ein) magnetische(r) Rotationssensor(en) an dem Dichtungselement montiert ist/sind, das zum Entfernen von Fremdkörpern montiert ist, die in Schmieröl enthalten sind, ist es darüber hinaus nicht erforderlich, ein Sensorstützelement getrennt an dem Lager zu montieren. Dies trägt ebenfalls zu dem einfachen Aufbau und der geringen Größe des Lagers und zur Kostensenkung bei. Diese Wirkungen können auch in dem Wälzlager des zweiten Aspekts sichergestellt werden.
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Wenn die Vertiefungen des Impulsrings in Umfangsrichtung von den Taschen des Käfigs versetzt sind, ist es möglich, angemessene Entfernungen zwischen den Vertiefungen und den Taschen sicherzustellen und auf diese Weise die Festigkeit des Käfigs aufrechtzuerhalten.
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Wenn ein magnetischer Rotationssensor an dem zylindrischen Abschnitt des Dichtungselements montiert ist, ist es möglich, die Fläche der Umlaufbahn des Schmieröls zu verringern, die durch den auf diese Weise montierten magnetischen Rotationssensor in Anspruch genommen wird, und auf diese Weise die Kraft zu verringern, die durch die Strömung des Schmieröls auf den magnetischen Rotationssensor ausgeübt wird.
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Bei dem Wälzlager des dritten Aspekts ist es möglich, gleichzeitig sowohl die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs als auch die Anzahl der Umdrehungen des Innenrings zu messen und das Verhalten oder den Zustand des Lagers zu überwachen, indem die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs und die Anzahl der Umdrehungen des Innenrings verglichen werden.
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Wenn ein magnetischer Rotationssensor, der dazu ausgebildet ist, ein Erkennungssignal mit einer analogen Wellenform auszugeben, an dem zylindrischen Abschnitt des Dichtungselements montiert ist oder wenn ein Abstandssensor zusätzlich an dem zylindrischen Abschnitt des Dichtungselements montiert ist, ist es darüber hinaus möglich, die Temperatur des Lagers zusätzlich zu der Messung der Anzahl von Umdrehungen zu messen. Dies wird im Folgenden beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht einer Ölpumpe, in der ein Wälzlager mit einem Rotationssensor verwendet wird, die die vorliegende Erfindung verkörpern.
- 2 ist eine Endansicht eines Abschnitts eines Dichtungselements, das integral an dem in der Ölpumpe von 1 verwendeten Wälzlager angebracht ist.
- 3 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts des Dichtungselements.
- 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts des in der Ölpumpe von 1 verwendeten Wälzlagers.
- 5 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X von 4.
- 6 ist eine abgewickelte Draufsicht auf einen Abschnitt des Käfigs des in 4 veranschaulichten Wälzlagers.
- 7 ist eine Schnittansicht des Wälzlagers, in dem ein magnetischer Rotationssensor an einer Rippe eines Stützgestells des Dichtungselements montiert ist.
- 8 ist eine reduzierte Schnittansicht entlang einer Linie Y-Y von 7.
- 9 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts eines Wälzlagers mit einem Rotationssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 10 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts eines Wälzlagers mit einem Rotationssensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 11 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie Z-Z von 10.
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Das beste Verfahren zur Ausführung der Erfindung
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1 bis 11 stellen ein Wälzlager mit einem Rotationssensor dar, die die vorliegende Erfindung verkörpern, wie sie in einer Ölpumpe 10 verwendet werden.
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Wie in 1 veranschaulicht, beinhaltet die Ölpumpe 10 in ihrem Inneren eine Lagereinheit 20; und einen Betriebsmechanismus 30, der mit einem (nicht dargestellten) Pumpenrotor ausgestattet ist, der dazu ausgebildet ist, Öl anzusaugen, zu verdichten und auszutragen.
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Die Lagereinheit 20 beinhaltet drei Wälzlager 21, 22 und 23, die nebeneinander in einem Gehäuse 11 angeordnet sind und durch Öl geschmiert werden.
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Die Ölpumpe 10 beinhaltet des Weiteren eine Drehwelle 12, die durch die Wälzlager 21, 22 und 23 gestützt wird. Der Pumpenrotor des Betriebsmechanismus 30 wird durch die Drehwelle 12 angetrieben, um Öl anzusaugen, zu verdichten und auszutragen.
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Die Wälzlager 21, 22 und 23 beinhalten jeweils einen Innenring (inneren Lagerring) 1 mit einer Laufbahnfläche 1a; einen Außenring (äußeren Lagerring) 2 mit einer Laufbahnfläche 2a; Wälzkörper 3 (in dem dargestellten Beispiel Kegelrollen), die zwischen der Laufbahnfläche 1a des Innenrings 1 und der Laufbahnfläche 2a des Außenrings 2 angeordnet sind; und einen Käfig 4 mit in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen angeordneten Taschen 4a. Die Wälzkörper 3 sind so in die jeweiligen Taschen 4a aufgenommen, dass sie durch den Käfig 4 wälzbar gehalten werden, während sie in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Die Außenringe 2 der jeweiligen Wälzlager 21, 22 und 23 werden fest auf die radial innere Fläche des Gehäuses 11 gepresst und sind folglich nicht drehbar.
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Die Innenringe 1 der jeweiligen Wälzlager 21, 22 und 23 werden so an dem äußeren Umfang der Drehwelle 12 befestigt, dass sie im Verhältnis zu der Drehwelle 12 nicht drehbar sind.
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Die Wälzlager 21, 22 und 23 können Lager sein, die kugelförmige oder zylindrische Wälzkörper beinhalten. Die Anzahl der in der Ölpumpe montierten Wälzlager ist nicht begrenzt. Schmieröl strömt durch (in 1 dargestellte) Lagerräume 5, die zwischen den Innen- und den Außenringen der Wälzlager definiert sind. Eine Mehrzahl von Abstandselementen 6 (1) erhalten die Positionsbeziehung zwischen den Wälzlagern 21 und 22 und zwischen den Wälzlagern 22 und 23 aufrecht.
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Die Ölpumpe 10 beinhaltet in ihrem Inneren eine Umlaufbahn 13, durch die Schmieröl strömt, das durch den Pumpenrotor angesaugt, verdichtet und ausgetragen wird.
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Ein Abschnitt der Umlaufbahn 13 wird durch ein Loch 13a gebildet, das in der Drehwelle 12 entlang der Mittelachse der Drehwelle 12 ausgebildet ist. Nachdem es durch das Loch 13a geströmt ist, strömt das Öl durch den Lagerraum 5 zwischen dem Innen- und dem Außenring 1 und 2 des Wälzlagers 22 und strömt anschließend durch den Lagerraum 5 zwischen dem Innen- und dem Außenring 1 und 2 des Wälzlagers 21. Anschließend strömt das Öl durch einen Zufuhrbahnabschnitt 13b der Umlaufbahn 13, die in dem Gehäuse 11 ausgebildet ist, und strömt in einen Betriebsmechanismus 50, der außerhalb der Pumpe angeordnet ist.
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Von dem Betriebsmechanismus 50 aus strömt das Öl durch einen Rücklaufbahnabschnitt 13c der Umlaufbahn 13, die in dem Gehäuse 11 ausgebildet ist, und in den Betriebsmechanismus 30 der Ölpumpe, wo das Öl erneut durch den Pumpenrotor des Betriebsmechanismus 30 in die Umlaufbahn 13 gesaugt und ausgetragen wird.
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In dem dargestellten Beispiel beinhaltet die Ölpumpe 10 ein Dichtungselement 40, das an einer Endöffnung montiert ist, und zwar der Endöffnung, durch die Öl ausströmt, des Lagerraums 5 zwischen dem Innen- und dem Außenring des Wälzlagers 21, und zwar des Lagers, das sich den anderen beiden Lagern in der Richtung, in die das Öl strömt, nachgelagert befindet.
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Wie in 2 und 3 veranschaulicht, beinhaltet das dargestellte Dichtungselement 40 ein kreisringförmiges Stützgestell 41, das Aussparungsöffnungen 42 aufweist; und ein Filter 43, das eine vorgegebene Maschengröße aufweist und so integral über das Stützgestell 41 gelegt ist, dass die Aussparungsöffnungen 42 durch das Filter 43 verschlossen sind.
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Das dargestellte Stützgestell 41 beinhaltet einen zylindrischen Abschnitt 41a; eine Stirnwand 41b, die die Aussparungsöffnungen 42 aufweist und mit dem inneren Umfang des zylindrischen Abschnitts 41a an einem Ende davon verbunden ist; und einen Innenring 41c, der mit der inneren Kante der Stirnwand 41b durch Rippen 41d verbunden ist. Das Stützgestell 41 wird z. B. durch Einpressen des zylindrischen Abschnitts 41a in ein Loch des Gehäuses 11 oder durch Koppeln des zylindrischen Abschnitts 41a an den Außenring 2 des Wälzlagers 21 mithilfe eines (nicht dargestellten) geeigneten Kopplungselements in seiner Position befestigt.
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Die Aussparungsöffnungen 42 des Stützgestells 41 sind in Umfangsrichtung in vorgegebenen Abständen angeordnet und sind durch das Filter 43 verschlossen, durch das Öl strömen gelassen wird. Das Filter 43 beinhaltet einen radial vorspringenden Abschnitt 43a, der radial nach innen über den Innenring 41c hinaus vorspringt.
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In dem dargestellten Beispiel ist das Stützgestell 41 des Dichtungselements 40 aus einem faserverstärkten Harz hergestellt, und das Filter 43 weist ein aus einem Harz hergestelltes Gewebe auf. Die Harzmaterialien des Stützgestells 41 und des Filters 43 sind nicht auf bestimmte beschränkt. Wie in 7 und 10 veranschaulicht, beinhaltet das Filter 43 des Dichtungselements 40 möglicherweise keinen radial vorspringenden Abschnitt 43a, so dass ein kleiner Spalt zwischen dem Innenring 41c und dem Innenring 1 (des Wälzlagers 21) definiert ist.
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Der Käfig 4 des Wälzlagers 21 ist aus einer ferromagnetischen Eisenplatte hergestellt, und wie in 4 bis 6 veranschaulicht, ist ein Impulsring 7 integral an dem Ende des Käfigs 4 gegenüber der Stirnwand 41b des Dichtungselements 40 ausgebildet.
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Wie in 6 veranschaulicht, beinhaltet der Impulsring 7 Vertiefungen 7a, die in der axialen Richtung (der Richtung der Mittelachse des Lagers) vertieft sind; und Vorsprünge 7b, bei denen es sich um nicht vertiefte Abschnitte handelt, die zwischen den jeweiligen in Umfangsrichtung angrenzenden Vertiefungen 7a so definiert sind, dass die Vertiefungen 7a und die Vorsprünge 7b in regelmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
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In dem dargestellten Beispiel, wie in 6 veranschaulicht, sind die Vertiefungen 7a des Impulsrings 7 des Wälzlagers 21 in Umfangsrichtung von den Taschen 4a des Käfigs 4 versetzt (d. h., nicht mit diesen axial ausgerichtet).
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Bei dieser Anordnung ist die Entfernung L zwischen jeder Tasche 4a und der entsprechenden Vertiefung 7a (siehe 6) größer als bei einer Anordnung, bei der die Vertiefungen 7a mit den Taschen 4a axial ausgerichtet sind (d. h., nicht in Umfangsrichtung von diesen versetzt sind). Dies stellt eine ausreichende Festigkeit des Käfigs 4 sicher.
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Wie in 4 und 5 veranschaulicht, ist ein magnetischer Rotationssensor 8 so an dem Dichtungselement 40 montiert, dass er in der Lage ist, jeglichen der Vertiefungen 7a und der Vorsprünge 7b des Impulsrings 7 gegenüberzuliegen. Bei dem magnetischen Rotationssensor 8 handelt es sich um einen bekannten Sensor, der dazu ausgebildet ist, ein Magnetfeld zwischen dem Impulsring 7 und dem magnetischen Rotationssensor 8 zu erzeugen und die Anzahl der Umdrehungen des Impulsrings 7 aus der Anzahl der Schwankungen (Zunahmen und Abnahmen) des Magnetfelds zu erkennen, während sich der Impulsring 7 dreht.
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Wie in 7 veranschaulicht, kann der magnetische Rotationssensor 8 so an einer Rippe 41d des Stützgestells 41 montiert sein, dass er in die axiale Richtung des Wälzlagers 21 gerichtet ist. Wie in 4 veranschaulicht, ist der magnetische Rotationssensor 8 jedoch bevorzugt so an dem zylindrischen Abschnitt 41a des Stützgestells 41 montiert, dass er in die radiale Richtung des Wälzlagers 21 gerichtet ist.
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Wenn sich der Impulsring 7 dreht, schwankt die Wellenform des Erkennungssignals (nimmt zu und ab), wodurch der magnetische Rotationssensor 8 in die Lage versetzt wird, die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs 4 aus der Anzahl der Schwankungen der Wellenform je Zeiteinheit zu messen.
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Das aus einem Harz hergestellte Dichtungselement 40 dehnt sich aus und zieht sich zusammen, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert. Wenn der magnetische Rotationssensor 8 an dem zylindrischen Abschnitt 41a des Stützgestells 41 montiert ist, führt die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Dichtungselements 40 zu einer Änderung der Entfernung zwischen dem magnetischen Rotationssensor 8 und dem Käfig 4 (genauer gesagt, dem mit dem Käfig 4 integralen Impulsring 7) des Wälzlagers 21.
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Wenn ein Sensor, der dazu ausgebildet ist, ein Erkennungssignal mit einer analogen Wellenform auszugeben, als magnetischer Rotationssensor 8 verwendet wird, ändert sich daher der Ausgangswert der analogen Wellenform von dem magnetischen Rotationssensor 8 aufgrund der Änderung der obigen Entfernung.
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Die Änderung dieser Ausgangswellenform steht in engem Zusammenhang mit der Änderung der Temperatur. Daher ist es möglich, die Temperatur des Lagers auf Grundlage der erkannten Ausgangswellenform durch Bezugnahme auf die (im Voraus gewonnene) Beziehung zwischen der Schwankung der Ausgangswellenform und der Änderung der Temperatur zu messen.
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9 stellt ein Wälzlager 24 mit einem Rotationssensor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dar, in dem der Innenring 1 den Impulsring 7 beinhaltet und der magnetische Rotationssensor 8 zum Erkennen der Umdrehung des Impulsrings 7 so an dem (nicht dargestellten) zylindrischen Abschnitt 41a des Stützgestells des (nicht dargestellten) Dichtungselements 40 montiert ist, dass er in der Lage ist, jeglichen der Vertiefungen 7a und der Vorsprünge 7b des Impulsrings 7 gegenüberzuliegen.
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In dem Wälzlager 24 der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Anzahl der Umdrehungen des Innenrings 1 durch den magnetischen Rotationssensor 8 und den Impulsring 7 zu messen, die integral an dem Innenring 1 angebracht sind.
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Wenn ein Sensor, der dazu ausgebildet ist, ein Erkennungssignal mit einer analogen Wellenform auszugeben, als magnetischer Rotationssensor 8 verwendet wird, ändert sich die Entfernung zwischen dem magnetischen Rotationssensor 8 und dem Impulsring 7 aufgrund der Ausdehnung und des Zusammenziehens des Dichtungselements 40, die durch die Temperaturänderung verursacht werden, wodurch der Ausgangswert von dem magnetischen Rotationssensor 8 geändert wird. Daher ist es auch möglich, die Temperatur des Lagers aus der Änderung dieses Ausgangswerts zu erkennen.
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Wenn es nicht erforderlich ist, die Temperatur des Wälzlagers 24 der zweiten Ausführungsform zu messen, kann der magnetische Rotationssensor 8 an der Stirnwand 41b des Stützgestells 41 montiert sein. Wenn der magnetische Rotationssensor 8 an der zylindrischen Fläche 41a des Stützgestells 41 montiert ist, ist es jedoch möglich, die Kraft zu verringern, die durch die Strömung des Schmieröls auf den magnetischen Rotationssensor 8 ausgeübt wird. Daher wird der magnetische Rotationssensor 8 bevorzugt an der zylindrischen Fläche 41a montiert, falls dort genug Platz dafür ist.
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Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform kann jeweils die Temperatur des Lagers durch Montieren eines (nicht dargestellten) Abstandssensors an der Stirnwand 41b des Stützgestells 41 des Dichtungselements und Messen einer Änderung der Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem Innenring 1 oder dem Käfig 4 erkannt werden.
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Wenn das Wälzlager einen solchen Abstandssensor beinhaltet, ist es möglich, die Temperatur des Lagers ohne Verwendung des Ausgangssignals von dem magnetischen Rotationssensor 8 zu messen und auf diese Weise als magnetischen Rotationssensor 8 einen Sensor zu verwenden, der ein Signal mit einer digitalen Wellenform ausgibt.
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10 und 11 stellen ein Wälzlager 25 mit Rotationssensoren gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dar. Das Wälzlager 25 gemäß der dritten Ausführungsform entspricht in den Aufbaumerkmalen einer Kombination der Wälzlager gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform.
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Im Besonderen beinhaltet dieses Lager einen ersten Impulsring 7, der integral mit dem Käfig 4 ist, und einen zweiten Impulsring 7, der an dem Innenring 1 montiert ist. Ein erster und ein zweiter magnetischer Rotationssensor 8 sind so an dem Stützgestell 41 des Dichtungselements 40 montiert, dass der erste Rotationssensor 8 die Umdrehung des ersten Impulsrings 7 erkennt und der zweite Rotationssensor 8 die Umdrehung des zweiten Impulsrings 7 erkennt.
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Wenngleich in dem dargestellten Beispiel der erste magnetische Rotationssensor 8 an dem zylindrischen Abschnitt 41a des Stützgestells 41 montiert ist und der zweite magnetische Rotationssensor 8 an einer Rippe 41b des Stützgestells 41 montiert ist, können der erste und der zweite magnetische Rotationssensor 8 beide an dem zylindrischen Abschnitt 41a montiert sein.
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Bei dem Wälzlager 25 der dritten Ausführungsform ist es möglich, gleichzeitig sowohl die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs 4 als auch die Anzahl der Umdrehungen des Innenrings 1 zu messen und auf diese Weise das Verhalten oder den Zustand des Lagers zu überwachen, indem die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs 4 und die Anzahl der Umdrehungen des Innenrings 1 verglichen werden.
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Wenn der erste magnetische Rotationssensor 8, der die Anzahl der Umdrehungen des Käfigs 4 erkennt, ein Erkennungssignal mit einer analogen Wellenform ausgibt oder wenn zusätzlich ein Abstandssensor verwendet wird, um eine Änderung der Entfernung zwischen dem Abstandssensor und dem Käfig 4 oder dem Innenring 1 zu messen, ist es auch möglich, die Temperatur des Lagers zu messen.
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Das Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren einen (nicht dargestellten) Dauermagneten, der an der inneren Fläche des Stützgestells 41 des Dichtungselements 40 montiert ist, und einen Eisenstaubsensor beinhalten, der so an dem Stützgestell 41 montiert ist, dass er eine Menge an Eisenstaub oder Eisenteilen (Fremdkörpern) erkennt, die in dem Schmieröl enthalten sind und von dem Dauermagneten angezogen werden.
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Vor der vorliegenden Anmeldung haben die Anmelder der vorliegenden Anmeldung Patentanmeldungen eingereicht, die sich auf Lager beziehen, die dazu konstruiert sind, das Ausströmen von Fremdkörpern aus dem Lagerraum 5 durch Ausbilden eines labyrinthförmigen Schmieröl-Strömungspfades in dem Dichtungselement 40; durch Anziehen von Fremdkörpern auf Grundlage von Eisen, die in dem Schmieröl enthalten sind, durch einen Magneten; durch Sammeln von Fremdkörpern, die durch das Filter 43 aufgefangen werden, an einem vorgegebenen Ort; oder durch Anordnen eines Schmierölpfades zwischen dem Innenring 1 und dem Stützgestell 41 zu verhindern oder zu verringern. Das Dichtungselement 40 des Wälzlagers gemäß der vorliegenden Erfindung kann von solchen Aufbauten zumindest einen aufweisen.
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In dem Wälzlager 21 von 1 ist ein Dichtungselement 40 an dem Schmierölauslass des Lagerraums 5 angeordnet. Ein solches Dichtungselement 40 kann jedoch an dem Schmieröleinlass des Lagerraums 5 angeordnet sein, oder zwei solche Dichtungselemente 40 können an dem Schmieröleinlass bzw. -auslass des Lagerraums 5 angeordnet sein.
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Ein Dichtungselement 40, das an dem Schmieröleinlass des Lagerraums 5 angeordnet ist, kann verhindern, dass Fremdkörper außerhalb des Wälzlagers 21 in das Wälzlager 21 strömen.
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Zwei Dichtungselemente 40, die an dem Schmieröleinlass bzw. -auslass des Lagerraums 5 angeordnet sind, können verhindern, dass Fremdkörper außerhalb und innerhalb des Wälzlagers 21 in das und aus dem Wälzlager 21 strömen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Innenring
- 2:
- Außenring
- 3:
- Wälzkörper
- 4:
- Käfig
- 4a:
- Tasche
- 5:
- Lagerraum
- 6:
- Abstandselement
- 7:
- Impulsring
- 7a:
- Vertiefung
- 7b:
- Vorsprung
- 8:
- magnetischer Rotationssensor
- 10:
- Ölpumpe
- 11:
- Gehäuse
- 12
- Drehwelle
- 13:
- Umlaufbahn
- 13a:
- Loch
- 13b:
- Zufuhrbahnabschnitt
- 13c:
- Rücklaufbahnabschnitt
- 20:
- Lagereinheit
- 21, 22:
- Wälzlager
- 23 bis 25:
- Wälzlager mit Rotationssensor(en)
- 30, 50:
- Betriebsmechanismus
- 40:
- Dichtungselement
- 41
- Stützgestell
- 41a:
- zylindrischer Abschnitt
- 41b:
- Stirnwand
- 41c:
- Innenring
- 41d:
- Rippe
- 42:
- Aussparungsöffnung
- 43:
- Filter
- L:
- Entfernung zwischen der Tasche des Käfigs und der Vertiefung des Impulsrings.
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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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- WO 2014/188473 [0009]
- JP 2010190281 [0009]
- JP 2006092412 [0009]
- JP 4668227 [0009]
- JP 2005344842 [0009]
