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Gebiet der Neuerung
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Die Neuerung betrifft ein Wälzlager mit einer Bremseinrichtung, insbesondere Drehverbindung, bestehend aus einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring, zwischen denen auf zugehörigen Laufbahnen Wälzkörper abrollen, wobei zur Erzeugung einer Bremswirkung durch Reibschluss ein mit einem der Lagerringe verbundenes verschiebbares Bremselement gegen eine mit dem zugehörigen anderen Lagerring verbundene Gegenfläche gepresst ist und der Reibschluss mit Hilfe eines Elektromagneten aufhebbar ist.
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Hintergrund der Neuerung
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Wälzlager mit Bremseinrichtungen sind bereits seit längerem bekannt. So besteht bei Wälzlagerdrehverbindungen an Windkraftanlagen die Gefahr, dass sie nach relativ kurzer Zeit durch Riffelbildung in den Laufbahnen ausfallen. Dieses Phänomen wird insbesondere durch geringe Schwenkbewegungen zum Ausgleich der Windrichtung erzeugt, bei der es zu einem Gleiten der Wälzkörper auf der Laufbahn kommt. Um diesen Verschleiß auszuschalten, ist es bekannt, durch verschiedene Maßnahmen den geringen Drehwiderstand bei Wälzlagern zu erhöhen. Die
DE 37 25 972 A1 und die
DE 41 04 137 A1 schlagen in diesem Zusammenhang vor, eine zusätzlich umlaufende Bremseinrichtung einzusetzen. Die Bremskraft und somit der gewünschte Drehwiderstand kann dann von außen eingestellt werden. Nachteilig dabei ist, dass im ersten Fall das Bremselement nur bei Stilllegung der Windkraftanlage aufgehoben werden kann. Im zweiten Fall besteht die Bremseinrichtung aus vielen mechanischen Einzelteilen und ist dadurch aufwändig zu fertigen und kompliziert in der Handhabung.
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Aus der
DE 19 04 954 B ist eine drehzapfenlose Drehverbindung für Bagger, Krane oder dergleichen zur Lagerung eines schwenkbaren Oberbaus auf einem Unterbau bekannt. Diese Drehverbindung besteht jeweils aus einem einteiligen Drehring sowie einem zweiteiligen, aus zwei Profilringen zusammengesetzten weiteren Drehring. Die beiden Drehringe sind jeweils durch die Kugeln eines zweireihigen Kugellagers gegeneinander abgestützt und mit einer Bremsvorrichtung ausgerüstet. Die Bremsvorrichtungen weisen jeweils einen oder mehrere Bremsklotzträger auf, die an einem mit dem einteiligen Drehring in Verbindung stehenden Bauteil befestigt sind. Bei dieser Anordnung ist von Nachteil, dass die Bremsvorrichtungen außerhalb der eigentlichen Lageranordnung angeordnet sind und daher zusätzlichen Bauraum beanspruchen.
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Eine gattungsgemäße Lageranordnung mit Bremsfunktion ist aus der
DE 101 27 487 A1 vorbekannt. Die Radiallageranordnung gemäß
1 weist ein als Radiallager ausgebildetes Rillenkugellager auf und eine axial daneben angeordnete Bremseinrichtung. Das Rillenkugellager besteht aus dem Innenring, dem Außenring und zwischen beiden in einem Käfig angeordneten Lagerkugeln. Weiterhin verfügt das Rillenkugellager über zwei Dichtringe, die den Ringraum beidseitig gegen die Umgebung abdichten. Die Bremseinrichtung weist einen inneren Haltering und äußeren Haltering auf. An einem radial nach außen gerichteten Flansch des inneren Halteringes ist die über eine Flachdrahtfeder eine Bremsscheibe befestigt, die aus einem ferromagnetischen Material besteht und auf ihrer vom Flansch abgewandten Seite einen Bremsbelag besitzt. Durch die Befestigung mittels der Flachdrahtfeder ist die Bremsscheibe drehfest mit dem inneren Haltering verbunden und in Axialrichtung verschiebbar. Gegenüber dem Bremsbelag ist am äußeren Haltering eine Gegenfläche ausgebildet, gegen die der Bremsbelag beim Bremsen gepresst wird. Der äußere Haltering weist weiterhin eine elektrische Spule und einen oder mehrere Permanentmagneten auf, die jeweils im Bereich zwischen der Bremsscheibe und dem Rillenkugellager angeordnet und mechanisch mit dem äußeren Haltering und somit auch mit der Gegenfläche verbunden sind.
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Nachteilig dabei ist, dass die Bremseinrichtung in axialer Richtung als externes Teil an das Lager angeflanscht werden muss und daher zusätzlichen Bauraum beansprucht. Die Halteringe sind relativ kompliziert aufgebaut und müssen erst in aufwendiger Weise durch Stifte mit den Lagerringen verbunden werden. Ein weiterer Nachteil ist dadurch begründet, dass die Bremswirkung durch einen Permanentmagneten ausgelöst wird, der die Bremsscheibe anzieht. Bei bestimmten Anwendungsfällen ist aber ein stetiges Magnetfeld nachteilig, da unter Umständen eisenhaltiger Schmutz vom Lager angezogen wird.
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Aufgabe der Neuerung
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Der Neuerung hegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine einfach zu fertigende Bremsvorrichtung bereitzustellen, die einen minimalen Bauraum beansprucht.
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Beschreibung der Neuerung
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Neuerungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Wälzlager nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Bremselement als ein integraler Lagerbestandteil innerhalb eines der Lagerringe angeordnet, mittels Federkraft gegen die Gegenfläche gepresst ist und der Elektromagnet aus einem der Lagerringe als Weicheisenkern und einer diesen umschließenden Spule besteht.
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Auf diese Weise ist eine Lageranordnung mit Bremseinrichtung geschaffen, bei der die Bremseinrichtung nahezu keinen zusätzlichen Bauraum benötigt, da sie integraler Bestandteil des Lagers ist. Durch Unterbringen des Bremselementes in einem der Lagerringe, im Normalfall im sich drehenden Lagerring, wird es auf diese Weise möglich, dass Wälzlager mit Bremseinrichtung raumsparend zu realisieren. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die Anordnung der Bremseinrichtung als integraler Wälzlagerbestandteil diese nicht in zusätzlicher und aufwändiger Weise mit der eigentlichen Lageranordnung zu verbinden ist. Es ist auch von Vorteil, dass durch den Einsatz unterschiedlich dimensionierter Federn in einfacher Weise auf die Größe der Vorspannkraft und damit auf die aufzubringende Bremskraft eingewirkt werden kann. Auch kann durch den Einsatz des Elektromagneten die Bremskraft problemlos aufgehoben werden, sodass in diesem Fall das Wälzlager leichtgängig bewegt werden kann. Ein derart gattungsgemäß ausgebildetes Wälzlager mit Bremseinrichtung lässt sich immer besonders dann vorteilhaft einsetzen, wenn ein stetig vorhandenes Reibmoment erwünscht ist, aber auch unter bestimmten Umständen sehr schnell ein Lösen dieses Reibmoments erzielt werden muss. Dies ist beispielsweise im medizinischen Bereich der Fall, wenn die Wälzlageranordnung in einer Drehverbindung eingesetzt wird, beispielsweise in einem Deckenstativ, das mit unterschiedlich ausgestalteten medizinischen Geräten verbunden ist. Dabei ist von Vorteil, dass durch das stetig vorhandene Reibmoment ein unerwünschtes Verdrehen der Drehverbindung einerseits unterbunden wird, andererseits die Drehverbindung aber durch Lösen der Bremseinrichtung leicht verstellbar ist. Im Notfall, wenn ein sofortiges Verdrehen beider Ringe gegeneinander erforderlich ist, muss dies auch mit wirkender Bremseinrichtung möglich sein. Vorteilhafterweise ist dabei die Bremskraft so einzustellen, dass eine Verdrehung der beiden Lagerringe gegeneinander durch menschliche Muskelkraft noch möglich ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Neuerung sind in den Schutzansprüchen 2 bis 12 beschrieben.
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So ist nach Anspruch 2 vorgesehen, dass die Gegenfläche als eine Druckplatte ausgebildet ist, die mit dem Lagerring verbunden ist. Bei der Montage der Lagereinheit wird zunächst die Druckplatte in die axiale Stellung gebracht, die dem gewünschten Luftspalt entspricht. Danach wird die Druckplatte in der gewünschten Stellung zum Lagerring fixiert. Nach Anspruch 3 erfolgt die Verbindung vorzugsweise dadurch, dass die Druckplatte kreisringartig ausgebildet und über ein Gewinde von einem zugehörigen Gewinde des Lagerringes aufgenommen ist. Durch diese beiden Maßnahmen ist es in einfacher Weise möglich, den Luftspalt des Elektromagneten zur Aufhebung der Bremskraft sehr genau einzustellen. Ist der Luftspalt zu gering eingestellt, so besteht die Gefahr, dass die Bremswirkung nicht aufgehoben wird, da der Bremsbelag nicht abhebt. Ist der Luftspalt zu groß, so wird das Magnetfeld geschwächt und der Elektromagnet muss unnötig groß ausgelegt werden.
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Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass das Bremselement aus einer mit einem Bremsbelag verbundenen ferromagnetischen Ankerplatte, die im Lagerring über mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Führungsstifte axial verschiebbar gehalten und über mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Federelemente mit einer Vorspannung beaufschlagt ist, und aus der im Lagerring angeordneten Spule besteht, wobei im stromlosen Zustand der Spule zwischen der Ankerplatte und dem Lagerring ein Luftspalt gebildet ist. Auf diese Weise sind die Bremswirkung auslösenden Mittel, nämlich die Federelemente, und die die Bremswirkung aufhebenden Mittel, nämlich die Spulenwicklungen, unmittelbar benachbart im Lagerring angeordnet, sodass der vorhandene Bauraum maximal ausgelastet ist.
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Nach einem anderen zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass die Wälzkörper durch Lagernadeln zweier entgegengerichteter Axiaischrägnadellager gebildet sind, wobei ein Schnittpunkt von deren verlängerter Drehachsen im Lagerinnenring oder im Lageraußenring liegt. Gegenüber den bekannten Drehverbindungen, die bevorzugt als Vierpunktlager oder als Kreuzrollenlager ausgeführt sind, ist bei Verwendung von zwei Axialschrägnadellagern bei gleicher oder höherer Tragzahl die Fertigung wesentlich kostengünstiger. In diesem Zusammenhang hat es sich nach Anspruch 6 als vorteilhaft erwiesen, dass die Axialschrägnadellager zueinander in O-Anordnung angestellt sind und die Laufbahnen tragende Laufscheiben aufweisen. Diese können dann nach einem weiteren Merkmal der Neuerung gemäß Anspruch 7 einem Härteprozess unterworfen werden, wobei es sich als nach Anspruch 8 als vorteilhaft erwiesen hat, dass Laufscheiben und einer der Lagerringe aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können, sodass nochmals eine Gewichtsreduzierung der genannten Lageranordnung realisierbar ist. Vorteilhaft ist es in diesem Fall nach Anspruch 9, wenn der spulenlose Lagerring aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoff gefertigt ist, der die wesentlich härteren Laufscheiben der Axialschrägnadellager aufnimmt.
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Nach einem anderen zusätzlichen Merkmal zur Einstellung der Lagervorspannung ist nach Anspruch 10 vorgesehen, dass der Lagerring zweiteilig ausgebildet ist, wobei dieser mit einer in axialer Richtung verschiebbaren Stellmutter verbunden ist. Dabei hat es sich nach einem weiteren Merkmal gemäß Anspruch 11 als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stellmutter über ein Gewinde von einem entsprechenden Gegengewinde des Lagerringes aufgenommen ist.
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Schließlich soll nach einem letzten Merkmal der Neuerung das Wälzlager in einem Deckenstativ für medizinische Geräte einsetzbar sein. Derartige Deckenstative sind schon seit längerem bekannt und werden beispielsweise in der
DE 36 27 517 A1 ,
DE 43 06 803 A1 und
DE 199 63 512 C1 beschrieben. Das in der letzten Vorveröffentlichung beschriebene Deckenstativ ist auch mit einer Bremseinrichtung versehen, die aus zwei Bremsringen besteht, welche die Lageranordnung radial von außen umschließen. Auch hier ist die Bremseinrichtung als zusätzlich zu fertigendes und außerhalb der eigentlichen Lagerung anzuordnendes Bauteil dargestellt, welches wiederum die im Stand der Technik aufgeführten Nachteile beinhaltet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale der Neuerung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Neuerung in vereinfachter Form dargestellt sind. Dabei zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein neuerungsgemäß ausgestaltetes Wälzlager entlang der Linie I-I in 2,
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1a einen vergrößerten Ausschnitt des Lagers im Bereich der Wälzkörper,
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2 eine Seitenansicht dieses Lagers,
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3 einen Längsschnitt durch ein Wälzlager entsprechend einer zweiten Variante der Neuerung, und
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4 ein neuerungsgemäßes Wälzlager mit Darstellung des magnetischen Kraftflusses.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in den 1, 1a und 2 gezeigte neuerungsgemäß ausgestaltete Wälzlager 1 besteht aus dem Lageraußenring 2 und dem Lagerinnenring 3, die konzentrisch um die Lagerachse 4 ineinander angeordnet sind. Im zwischen beiden gebildeten Ringraum sind Axialschrägnadellager 5, 6 angeordnet, die zueinander in O-Anordnung angestellt sind. Beide weisen Wälzkörper in Form von Lagernadeln 5.1, 6.1 aus, die in je einem Käfig 5.2, 6.2 geführt sind, wobei sich die verlängerten Drehachsen 5.3, 6.3 der Lagernadeln 5.1, 6.2 im Punkt 7 schneiden, der im Lagerinnenring 3 liegt. Zu den Axialschrägnadellagern 5, 6 gehören jeweils zwei Laufscheiben 5.4, 6.4, die die nicht näher bezeichneten Laufbahnen für die Lagernadeln 5.1, 6.1 stellen. Insbesondere die 1a lässt erkennen, dass der Neigungswinkel α veränderbar sein kann und somit das Verhältnis von radialer und axialer Kraftaufnahme beeinflusst werden kann. Wie auch ersichtlich, ist der Lagerinnenring 3 zweiteilig ausgebildet, wobei die Stellmutter 3.1 mit ihrem Innengewinde 3.1.1 auf das Außengewinde 3.2 des Lagerinnenrings 3 aufgeschraubt und damit in axialer Richtung verschiebbar ist. Auf diese Weise kann die Lagervorspannung in einfacher Weise durch Anziehen der Stellmutter 3.1 eingestellt werden, wobei die beiden Axialschrägnadellager 5, 6 gegen den V-förmigen Vorsprung 2.1 des Lageraußenringes 2 gepresst werden.
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Das neuerungsgemäße Bremselement 8 besteht aus der ferromagnetischen Ankerplatte 8.1, die kreisringartig ausgebildet ist und an ihrer nach außen weisenden Stirnseite mit dem Bremsbelag 8.2 versehen ist. Die andere Stirnseite der Ankerplatte 8.1 liegt an der Stirnseite des Lagerinnenrings 3 an und ist mit dieser über Führungsstifte 8.3 verbunden. Dabei sind im Lagerinnenring 3 in Umfangsrichtung mehrere voneinander beabstandete Führungsstifte 8.3 fest positioniert. Diese Führungsstifte 8.3 greifen in zugehörige Bohrungen 8.8 der Ankerplatte 8.1 ein, wobei die Bohrungen 8.8 im Durchmesser etwas größer als die Durchmesser der Führungsstifte 8.3. sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Ankerplatte 8.1 im Lagerinnenring 3 axial verschiebbar gehalten ist, wobei diese durch gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Federelemente 8.4 unter Vorspannung gesetzt ist.
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Wie weiter erkennbar ist der Lagerinnenring 3 mit einer in axialer Richtung offenen Ausnehmung 3.3 versehen, in der die Spule 8.5 angeordnet ist. Zum Bremselement 8 gehört weiter die Druckplatte 8.7, die mit ihrem Außengewinde 8.7.1 im Lageraußenring 2 über dessen Innengewinde 2.2 aufgenommen ist. Auf diese Weise ist es möglich, durch eine unterschiedliche axiale Stellung der Druckplatte 8.7 im Lageraußenring 2 den Luftspalt 8.6 genau zu justieren. Nach Einstellung des Luftspaltes 8.6 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Druckplatte 8.7 gegen ein unbeabsichtigtes Verschieben zu sichern. Auf diese Weise sind der Lagerinnenring 3 und der Lageraußenring 2 kraftschlüssig über den Bremsbelag 8.2 verbunden. Dieser Reibschluss ist über zwei Parameter definiert, nämlich über den Reibwert μ des Bremsbelages und der Vorspannkraft F, wobei diese Vorspannkraft F durch die Federelemente 8.4 vorgegeben ist. Im stromlosen Zustand der Spule 8.5 ist die Lageranordnung gebremst, d. h. der Lageraußenring 2 und der Lagerinnenring 3 sind reibschlüssig miteinander verbunden, da die mit dem Lagerinnenring 3 verbundene Ankerplatte 8.1 über ihrem Reibbelag 8.2 durch die Federelemente 8.4 gegen die Druckplatte 8.7 gepresst wird, welche wiederum mit dem Lageraußenring 2 verbunden ist. Bei Stromfluss durch die Spule 8.5 wird durch das erzeugte Magnetfeld die Ankerplatte 8.1 in Richtung der Stirnseite des Lagerinnenrings 3 bewegt, sodass diese fest anliegt und der Luftspalt 8.6 verschwunden ist.
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Die in 3 dargestellte zweite Ausführungsvariante unterscheidet sich von der in 1 lediglich dadurch, dass die Spule 8.5 nicht an der Stirnseite des Lagerinnenrings 3, sondern an der Stirnseite der Stellmutter 3.1 angeordnet ist.
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In 4 ist eine weitere neuerungsgemäße Variante eines Wälzlagers 1 mit einer Bremseinrichtung gezeigt, auf deren Erläuterung jedoch an dieser Stelle verzichtet werden kann, da prinzipiell derselbe Aufbau wie bei den vorangegangenen und bereits beschriebenen Figuren verwirklicht ist. Aus diesem Grunde sind auch hier wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden. Wie auch vorstehend beschrieben, besteht der Elektromagnet aus der Spule 8.5, um die sich bei Stromdurchfluss ein magnetisches Feld bildet. Dieses magnetische Feld ist durch die Pfeile dargestellt, wobei das Magnetfeld durch den als Eisenkern wirkenden Lagerinnenring 3 verstärkt ist. Wird die Spule 8.5 von Strom durchflossen, so wird die Ankerplatte 8.1, die aus einem ferromagnetischen Material besteht, von der Spule 8.5 angezogen, sodass der vorhandene Luftspalt 8.6, der im stromlosen Zustand zwischen Spule 8.5 und Ankerplatte 8.1 vorhanden ist, geschlossen ist. Stattdessen bildet sich ein Spalt in gleicher axialer Ausdehnung zwischen der Ankerplatte 8.1 und dem Bremsbelag 8.2, der mit der Druckplatte 8.7 verbunden ist. Wie der Fachmann weiß, ist die erzeugte magnetische Feldstärke von der Länge der Spule und deren Windungszahl sowie vom Strom abhängig, der durch die Spule fliest. Darüber hinaus ist die magnetische Flussdichte auch vom Luftspalt 8.6 abhängig, der so klein wie möglich sein sollte, sodass dieser exakt einstellbar sein muss, was durch die vorliegende Neuerung problemlos möglich ist.
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In Hinblick auf die Anordnung des Bremselementes 8 als integraler Bestandteil des rotierenden Lagerinnenrings 3 oder der Stellmutter 3.1 in den Ausführungsbeispielen wird an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass es sich lediglich um schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des prinzipiellen Aufbaus der Neuerung handelt. Das Bremselement 8 kann ebenso als integraler Bestandteil des Lageraußenringes 2 vorhanden sein. Für jeden konkreten Anwendungsfall sind die einzelnen Lagerbestandteile einschließlich Bremseinrichtung im Hinblick auf ihre Ausgestaltung und Materialauswahl sowie im Hinblick auf die Ausbildung und Wirkung der Magnetfelder im einzelnen auszulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Lageraußenring
- 2.1
- Vorsprung
- 2.2
- Gewinde
- 3
- Lagerinnenring
- 3.1
- Stellmutter
- 3.1.1
- Innengewinde
- 3.2
- Außengewinde
- 3.3
- Ausnehmung
- 4
- Lagerachse
- 5
- Axialschrägnadellager
- 5.1
- Lagernadel
- 5.2
- Käfig
- 5.3
- Drehachse
- 5.4
- Laufscheibe
- 6
- Axialschrägnadellager
- 6.1
- Lagernadel
- 6.2
- Käfig
- 6.3
- Drehachse
- 6.4
- Laufscheibe
- 7
- Punkt
- 8
- Bremselement
- 8.1
- Ankerplatte
- 8.2
- Bremsbelag
- 8.3
- Führungsstift
- 8.4
- Federelement
- 8.5
- Spule
- 8.6
- Luftspalt
- 8.7
- Druckplatte
- 8.7.1
- Gewinde
- 8.8
- Bohrung
- α
- Neigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3725972 A1 [0002]
- DE 4104137 A1 [0002]
- DE 1904954 B [0003]
- DE 10127487 A1 [0004]
- DE 3627517 A1 [0014]
- DE 4306803 A1 [0014]
- DE 19963512 C1 [0014]
