DE69524014T2

DE69524014T2 - Wälzlager mit eingebautem elektrischen Generator

Info

Publication number: DE69524014T2
Application number: DE69524014T
Authority: DE
Inventors: Michael L. French; Ram P. Samy; J. Varonis; Samuel R. Williams
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2015-09-09
Also published as: ZA957638B; JPH08225078A; JP2728648B2; US5440184A; EP0701315A1; DE69524014D1; EP0701315B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Wälzlager und mehr insbesondere auf ein Wälzlager, das elektrische Energie erzeugt sowie auf seine zugehörigen Bauteile.
Die Bremsen der Güterwagen der nordamerikanischen Eisenbahnen sind druckluftbetägigt. In dem typischen Güterzug liefert ein in der Lokomotive angeordneter Kompressor verdichtete Luft zu den einzelnen Güterwagen über eine sogenannte "Zugleitung", die sich entlang der Zuglänge erstreckt und dementsprechend durch jeden Wagen verläuft. Zum Betätigen der Bremsen bedient der Fahrer in der Lokomotive eine Steuereinrichtung, die den Luftdruck in der Zugleitung verändert. In der Zugleitung erfolgt aber keine augenblickliche Druckänderung. Tatsächlich erfolgt die Druckänderung progressiv von Wagen zu Wagen entlang der gesamten Zuglänge. Demgemäss werden die Bremsen von Wagen zu Wagen nacheinander betätigt und dies ist nicht erwünscht.
Die Zugleitung ist in einem typischen Güterwagen die einzige zur Verfügung stehende äussere Energiequelle. Obschon elektrisch betätigte Steuereinrichtungen wesentlich rascher und gleichförmiger ansprechen als luftbetätigte Einrichtungen - oder zumindest luftbetätigte Bremsen, die von der Lokomotive aus gesteuert werden - wurden bisher elektrische Stromleitungen und Schaltkreise nicht in Güterwagen verwendet. Sogar wenn die Güterwagen elektrisch betätigte Einrichtungen hätten, um Druckluft aus der Zugleitung zu den Bremsen zu leiten, würden diese Einrichtungen notwendigerweise Magnetspulen erfordern, welche einen beträchtlichen Strom aufnehmen, und die elektrischen Einrichtungen für einen gesamten Güterzug würden einen zu hohen Stromverbrauch aufweisen, um über ein elektrisches Kabel von mittlerer Abmessung gespeist werden zu können. Trotzdem sind Bremsen erwünscht die schneller und gleichförmiger ansprechen als die Bremsen, die zur Zeit zur Verfügung stehen.
Gegenwärtig ziehen Eisenbahngesellschaften ein Bremssystem in Erwägung, das auf elektrische Steuereinrichtungen in den einzelnen Eisenbahnwagen zurückgreift zur Steuerung der Druckluftzuführung von der Zugleitung zu den Bremsen der Eisenbahnwagen. Ein elektrisch erzeugtes Signal, das möglicherweise in Form einer elektromagnetischen Welle übertragen werden könnte, würde alle Steuereinrichtungen gleichzeitig betätigen. Dies würde natürlich die Bremsen sämtlicher Wagen in einem Zug gleichzeitig betätigen. Eine elektrisch betätigte Einrichtung in einem Eisenbahnwagen erfordert aber eine elektrische Energiequelle in dem Wagen, und wahrscheinlich ist eine Batterie die am besten geeignetste Energiequelle. Kurz, jeder Eisenbahnwagen mit einer elektrisch betätigten Steuereinrichtung zur Betätigung seiner Bremsen müsste eine Batterie haben zur Lieferung der elektrischen Energie - und auch einen Generator eines bestimmten Typs zur Aufladung der Batterie.
In der Tat hatten die Personal- und Gepäckwagen, die früher an den Enden von Güterzügen eingesetzt wurden Batterien, die elektrische Energie lieferten zur Beleuchtung und zur Funkkommunikation mit den Lokomotiven an den anderen Enden der Züge. Ausserdem hatte der typische Personal- und Gepäckwagen einen Alternator oder Generator zur Wiederaufladung der Batterien. Für den Alternator oder Generator war aber ein kompliziertes Riemen- und Riemenscheibensystem erforderlich, zur Kupplung mit einer der Achsen, eine Einrichtung welche viel Zeit und Aufwand zum Einbau und noch mehr zur Wartung verlangte.
Die vorliegende Erfindung, gemäss dem unabhängigen Anspruch 1, liegt in einem Lager, das es einer Achse, wie z. B. in einem Eisenbahnwagen, erlaubt, frei zu drehen und dabei eine wesentliche Last zu tragen. Das Lager erzeugt des Weiteren elektrische Energie wenn die Achse dreht, und ist trotzdem so klein wie herkömmliche Lager mit vergleichbarer Belastungsfähigkeit. Die Haugruppe zu welcher das Lager gehört umfasst zum grössten Teil herkömmliche Maschinenteile und das Lager kann anstelle der herkömmlichen Lager in Standardseitenteilen eingesetzt werden. Die Erfindung liegt des Weiteren in dem Lager und seinen zugehörigen Maschinenteilen, welche zusammen eine verbesserte Lagerbaugruppe bereitstellen. Die Erfindung liegt auch in den Bauteilen sowie in den Bauteilanordnungen und -kombinationen wie im Folgenden beschrieben und beansprucht.
Betreffend den Stand der Technik ist zu erwähnen, dass aus EP-A-0 402 240 eine Ringstruktur bekannt ist mit zwei ringförmigen Bauteilen, die in Umfangsrichtung in Bezug aufeinander beweglich sind über zwei Reihen von Lagerkörpern, die zwischen den ringförmigen Bauteilen angeordnet sind. Ein Antriebsmotor ist zwischen den ringförmigen Bauteilen vorgesehen, um die Bauteile relativ zu einander zu verdrehen. Der Motor befindet sich axial zwischen den zwei Lagerkörperreihen und hat einen an einem der ringförmigen Bauelemente befestigten Stator und einen am anderen ringförmigen Bauelement befestigten Rotor. Aus EP-A- 0 397 309, auf die sich die zweiteilige Form des Anspruches 1 stützt, ist eine Lagereinrichtung bekannt mit einem passiven Rotationssensor mit einem Impulsring aus magnetischem Material an dem Innenring zwischen zwei Rollenreihen und dem Rotationssensor am Aussenring zwischen den zwei Rollenreihen.

Beschreibung der Zeichnungen

In den beigefügten Zeichnungen, die Teil der Beschreibung sind und wobei gleiche Bezugsnummern und - Buchstaben überall die gleichen Bauteile bezeichnen zeigen:
Fig. 1 eine teilweise Darstellung in Perspektive eines Seitenrahmens und Achszapfens für einen Eisenbahnwagen zusammen mit einem Wälzlager, einem Adapter zum Einbau des Lagers in dem Seitenrahmen, sowie andere zugehörige Bauteile, welche zusammen eine Lagerbaugruppe bilden, die gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 2 eine Endansicht, zur Hälfte aufgebrochen und im Schnitt, der Lagerbaugruppe;
Fig. 3 eine Ansicht im Längsschnitt längs der Linie 3-3 nach Fig. 2 des Lagers der Lagerbaugruppe;
Fig. 4 eine Endansicht eines Generators, der Teil des Lagers ist,
Fig. 5 eine vergrösserte Schnittansicht des Bereiches des Lagers, der den Generator enthält;
Fig. 6 einen vergrösserten Ausschnitt des Generators in Seitenansicht längs der Linie 6-6 nach Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische, elektrische Darstellung des Generators; und
Fig. 8 eine Ansicht im Längsschnitt eines modifizierten Lagers und Adapters.

Ausführliche Beschreibung

Mit Bezug auf die Zeichnungen, ein Eisenbahnlager B (Fig. 1) sitzt auf dem Ende einer Achse A und ist in einem Adapter C aufgenommen, der seinerseits in einem herkömmlichen Seitenrahmen D eines Eisenbahnwagenfahrgestells zurückgehalten ist. Die Achse A erstreckt sich durch Räder, die auf den Schienen eines Eisenbahngleises rollen, und infolge des Lagers B drehen die Räder und die Achse A mit minimaler Reibung um eine Mittellinie X. Wenn die Achse A um die Mittellinie X dreht, erzeugt das Lager B elektrische Energie, welche in der Lage ist eine Batterie in dem Eisenbahnwagen zu laden und ausserdem die Umfangsgeschwindigkeit der Achse A und dementsprechend die Geschwindigkeit des Eisenbahnwagens anzeigt.
Die Achse A ist ein Standardbauteil. Als solcher hat sie einen Zapfen 2, der an einer Ausrundung 6 in einen benachbarten, grösseren Abschnitt 4 der Achse A übergeht. Der Zapfen 2 erstreckt sich bis zu einer rechtwinklig abgestochenen Endfläche 8, die mit Gewindebohrungen 10 versehen ist. Die Mittellinie des Zapfens 2 fällt mit der Mittellinie g zusammen.
Das Lager B sitzt auf dem Zapfen 2 zusammen mit anderen Bauteilen, die zum Zurückhalten des Lagers B und zum Verschliessen seiner Enden dienen. Zu diesen anderen Bauteilen gehört ein Stützring 12 (Fig. 1), der an der Ausrundung 6 anliegt. Der Stützring 12 nimmt ein Ende eines inneren Verschleissringes 14 auf, dessen gegenüberliegendes Ende am Lager B anliegt. Der Verschleissring 14 umgibt den Zapfen 2 und ist seinerseits umgeben von einer Abdichtung 16, die sich axial vom Lager B erstreckt. Die Abdichtung 16 bildet in Zusammenwirkung mit dem Verschleissring 14 eine Fluidsperre und somit verschliesst die Abdichtung 16 das innere Ende des Lagers B. Eine ähnliche Einrichtung befindet sich am äusseren Ende des Lagers B. Hier umgibt ein anderer Verschleissring 18 den Zapfen 2 und ist seinerseits umgeben von einer anderen Abdichtung 20. Ein Ende des Verschleissringes 18 liegt am äusseren Ende des Lagers H an.
Die Abdichtung 20 erstreckt sich axial vom äusseren Ende des Lagers B und bildet eine Fluidsperre mit dem Verschleissring 18, wodurch das äussere Ende des Lagers B verschlossen ist. Das gegenüberliegende Ende des äusseren Verschleissringes 18 ragt in eine Endkappe 22, die sich über das Ende des Zapfens 2 in einem kleinen Abstand von der Endfläche 8 erstreckt. Die Endkappe 22 wird durch Kopfschrauben 24 in Richtung zu der Ausrundung 6 gedrückt. Die Kopfschrauben 24 erstrecken sich durch die Endkappe 22 und sind in die Bohrungen 10 eingeschraubt, die in die Endfläche 8 des Zapfens 2 gebohrt sind. Durch diese Anordnung sind die Verschleissringe 14 und 18 und das Lager B zwischen dem Stützring 12 und der Endkappe 22 eingespannt.
Das Lager B zusammen mit dem Adapter C und den Bauteilen, welche zum Zurückhalten des Lagers B auf dem Zapfen 2 dienen, bilden eine Lagerbaugruppe.
Der Seitenrahmen D hat einen herkömmlichen Aufbau (Fig. 1 und 2). Dementsprechend hat er eine Rahmenöffnung 26, die vertikale Seitenwände 28 und eine flache, obere Fläche oder Rahmenfläche 30 aufweist. Der Boden der Öffnung 26 ist durch eine entfernbare Rahmenplatte 32 verschlossen, die sich vom Seitenrahmen D über eine der Seitenwände 28 hinaus erstreckt und durch einen Maschinenbolzen 34 befestigt ist, der sich durch die Platte 32 und den Seitenrahmen D erstreckt. Der Adapter C sitzt in der Rahmenöffnung 26, in welcher er durch die Rahmenplatte 32 zurückgehalten ist. Demnach ist zum Einbauen des Adapters C in die Rahmenöffnung 26 zuerst die Platte 32 zu entfernen.
Der Adapter C (Fig. 1-3) hat einen bogenförmig gestalteten, oberen Tragblock 36 und einen ebenfalls kreisförmig gestalteten, unteren Tragblock 38 und zwei Endringe 40 und 42, die den oberen und unteren Tragblock 36 und 38 miteinander verbinden, und wobei der Abstand zwischen den Ringen 40 und 42 etwas grösser ist als die Breite des Seitenrahmens D in dem Bereich der oberen Fläche 30 und der Seitenwände 24. Der obere und untere Tragblock 36 und 38 und die Endringe 40 und 42 sind alle vereinigt in einem einzigen Gussstück, das am unteren Tragblock 36 und am oberen Tragblock 38 bearbeitet ist, um bogenförmige Flächen mit einem gemeinsamen Mittelpunkt aufzuweisen. Demgemäss bilden die bogenförmigen Flächen eine Bohrung 44. Am äusseren Ende des oberen Tragblockes 36 ragt eine einwärts gerichtete Rippe 36 in die Bohrung 44 hinein und legt das Ende der Bohrung 44 fest und in das andere Ende der Bohrung 44 ragt eine ringförmige Rippe 48, die Teil eines Balteringes 50 ist, der am inneren Endring 42 anliegt und an diesem durch Maschinenschrauben 52 befestigt ist. Das Lager B wird in die Bohrung 44 eingesetzt und anschliessend wird der entfernbare Haltering 50 durch die Maschinenschrauben 52 befestigt. Dadurch wird die ringförmige Rippe 48 in die Bohrung 44 eingeführt, so dass das Lager B zwischen den beiden Rippen 46 und 48 eingespannt ist. Der Adapter C sitzt in der Rahmenöffnung 26 des Seitenrahmens D und liegt mit seiner flachen, oberen Fläche an der flachen, oberen Fläche 30 der Öffnung 26 und die Endringe 40 und 42 liegen unmittelbar ausserhalb der Seitenflächen des Seitenrahmens D in dem Bereich seiner Öffnung 26. Dementsprechend verhindern die Ringe 40 und 42, dass der Adapter C sich axial aus der Öffnung 26 herausbewegen kann. Die Rahmenplatte 32 erstreckt sich unter den unteren Tragblock 38 und den Boden des Adapters C und verhindert, dass der Adapter C aus der Öffnung 26 herausfallen kann. Die flache, obere Fläche des oberen Tragblockes 36, die an der flachen, oberen Fläche 36 der Öffnung 26 anliegt, verhindert eine Rotation des Adapters C in der Öffnung 26.
Das Lager B (Fig. 3) hat einen äusseren Lagerring in Form einer Doppelschale 26, einen inneren Lagerring in Form von zwei Kegelringen 58, Kegelrollen 60, die in zwei kreisförmigen Reihen zwischen den Kegelringen 58 und der Schale 56 angeordnet sind, Käfige 62 in jeder Reihe der Rollen 60, zum Aufrechterhalten des richtigen Abstandes zwischen den Rollen 60 in diesen Reihen und einen Abstandsring 64 zwischen den beiden Kegelringen 58, um den richtigen Abstand zwischen den Kegelringen beizubehalten und somit die Einstellung für das Lager B festzulegen. Innerhalb des Lagers B liegt ein Ringraum 66 vor zwischen den zwei Reihen der Rollen 60 und dieser Ringraum 66 ist eingenommen durch einen Generator 1 zur Erzeugung von elektrischem Strom, vorzugsweise Wechselstrom.
Mit Bezug auf die Doppelschale 56, diese sitzt in der Bohrung 44 des Adapters C mit ihren ßnden längs den Rippen 46 und 48 des Adapters C (Fig. 3). Die Schale 56 hat eine zylindrische Aussenfläche, deren Durchmesser etwas grösser ist als der Durchmesser der Bohrung 44. Dementsprechend muss zum Einbau der Schale 56 in den Adapter C diese in die Bohrung 44 bei entferntem Haltering 50 hineingepresst werden. Anschliessend wird der Haltering 50 am Endring 42 angebracht und durch die Maschinenschrauben 52 befestigt. Der Festsitz verhindert eine Rotation der Schale 36 in dem Adapter C und die Rippen 46 und 48 verhindern eine Axialbewegung der Schale 36. An jedem Ende hat die Schale 36 eine kurze Endbohrung 72, welche die Abdichtungen 16 und 20 aufnehmen. Die Schale 56 hat auch zwei Laufflächen 74, die nach innen zur Mittellinie g weisen und von den Endbohrungen 72 schräg nach unten zu dem Ringraum 66 verlaufen, wo sie an ihren kleinen Enden durch eine zylindrische Zwischenfläche 76 voneinander getrennt sind. Schliesslich, in dem Bereich ihrer Zwischenfläche 76 hat die Schale 56 mehrere kleine Bohrungen 77, die sich durch die Schale nach aussen erstrecken (siehe Fig. 2) und vorzugsweise in einem 90º Winkel in Bezug aufeinander angeordnet sind. Dia Schale 56 ist in dem Adapter C so angeordnet damit eine der Radialbohrungen 77 um ein geringes Mass gegenüber dem unteren Tragblock 38 des Adapters C versetzt ist. Die anderen Bohrungen 77 sind verschlossen, sie können aber später während dar Lebensdauer des Lagers B benutzt werden wenn das Lager aus dem Adapter C zur periodischen Wartung herausgenommen wird. Durch Wiedereinbau der Schale 56 in den Adapter C in einer anderen Drehlage gelegentlich dieser periodischen Wartungsabständen wird die Abnutzung gleichmässiger verteilt.
Die beiden Kegelringe 58 sitzen fest auf dem Zapfen 2 (Fig. 3), d. h. ein Festsitz ist vorgesehen zwischen den Kegelringen 58 und dem Zapfen 2, und dementsprechend drehen die Kegelringe 58 mit der Achse A. Ausserdem befinden sich die Kegelringe 58 innerhalb der Schale 56, wobei ein Kegelring durch eine Schalenlauffläche 74 und der andere durch die andere Schalenlauffläche 74 umgeben ist (Fig. 3). Jeder Kegelring 58 hat eine schräge Lauffläche 78, die nach aussen weist in Richtung zu der sie umgebenden Schalenlauffläche 74, eine Schubrippe 80 am grossen Ende der Lauffläche 78, und eine Halterippe 82 am kleinen Ende der Lauffläche 78. Die beiden Rippen 80 und 82 erheben sich radial nach aussen über die zugeordneten Enden der Lauffläche 78 hinaus und ragen bis zu den Endflächen, die rechtwinklig in Bezug auf die Mittellinie 1 sind. Die beiden Kegelringe 58 liegen mit den Endflächen ihrer Schubrippen 80 an den Enden der Verschleissringe 14 und 18 an. Die zwei Kegelringe 58 liegen mit den Endflächen ihrer Halterippen 82 an dem Abstandsring 64 an, und dementsprechend bestimmt der Abstandsring 84 den Abstand zwischen den Kegelringen 58.
Die Kegelrollen 60 befinden sich in zwei Reihen zwischen den gegenüberliegenden Laufflächen 74 und 78 der Schale 56 und der Kegelringe 58 (Fig. 3) und es liegt im Wesentlichen Linienberührung vor zwischen den Seitenflächen der Rollen 60 und den Laufflächen 74 und 78. Die Rollen 60 sind auf Scheitel angeordnet, d. h. die Scheitelpunkte sämtlicher Rollen 60 einer Reihe befinden sich an einem gemeinsamen Punkt längs der Rotationsachse 1. Ausserdem liegen die grossen Enden der Rollen 60 jeder Rollenreihe an der Schubrippe 80 des Kegelringes 58 an, um welchen die Rollenreihe angeordnet ist. Die Schubrippen 80 verhindern dass die Rollen 60 aus den Abständen zwischen den Laufflächen 74 und 78 herausgedrückt werden, da bei Übertragung einer Radiallast durch das Lager B diese in kleine Axialkraftkomponenten zerfällt, welche an den Rollen 60 angreifen und die Rollen 60 aus dem Lager B ausstossen würden falls die Schubrippen 80 nicht vorgesehen wären. Jede Reihe der Rollen 60 hat ihren eigenen Käfig 62 und dieser Käfig 62 hält den vorbestimmten Abstand zwischen den Rollen 60 der Reihe aufrecht. Er hält des Weiteren die Rollen 60 am Kegelring 58 zurück wenn der Kegelring 58 aus der Schale 56 herausgenommen wird.
Der Abstandsring 64 (Fig. 3) bestimmt den Abstand zwischen den beiden Kegelringen 58, und dies bestimmt die Einstellung des Lagers B, d. h. ob das Lager mit Vorspannung oder Endspiel betrieben wird, sowie auch den Betrag der Vorspannung oder des Endspiels in dem vorliegenden Betriebszustand. In der Tat, wenn die Kopfschrauben 24 festgeschraubt werden und die Endkappe 22 zu dem Stützring 12 drücken wird der Verschleissring 18 in Richtung zu dem Verschleissring 14 gedrückt und dadurch werden die beiden Kegelring 58 zusammengedrückt, wobei aber der Abstandsring 64 die beiden Kegelringe 58 voneinander getrennt hält und den Abstand zwischen diesen Ringen und dementsprechend die Einstellung des Lagers B bestimmt. Der Abstandsring 64 ist demgemäss eng eingespannt zwischen den Enden der beiden Kegelringe 58. Unterschiedlich zu herkömmlichen Abstandsringen, welche für einen losen Sitz ausgelegt sind und mit grossen Radialtoleranzen hergestellt werden, ist der Abstandsring 64 mit beträchtlicher Genauigkeit hergestellt was seine Radialabmessungen anbelangt. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass seine innere Abmessung ausgewählt ist, um einen Festsitz auf dem Zapfen 2 aufzuweisen. Dies gewährleistet, dass die äussere Fläche genau konzentrisch zum Zapfen 2 bleibt. Der Ringraum 66 befindet sich zwischen der zylindrischen Zwischenfläche 56, der Schale 56 und dem Abstandsring 64, der die Kegelringe 58 voneinander trennt. Die Rollen 40 und die Käfige 42 bilden die Enden des Ringraumes 66.
Die Abdichtungen 16 und 20 können als Teil des Lagers B angesehen werden, da sie durch die Schale 56 des Lagers B (Fig. 3) getragen sind. Jede Abdichtung hat ein metallisches Gehäuse 86 und ein Elastomer-Dichtungselement 88. Das Gehäuse 86 der inneren Abdichtung 16 ragt in die innere Endbohrung 72 der Schale 56 und ist in dieser mit einem Festsitz aufgenommen, und dementsprechend liegt eine statische Fluidsperre vor zwischen dem Gehäuse 86 und der Schale 56. Das Dichtungselement 88 der Abdichtung 16 umgibt den inneren Verschleissring 14 und schafft eine dynamische Fluidsperre um den Ring 14. Das Gehäuse 86 der äusseren Abdichtung 20 ist in der äusseren Endbohrung 72 der Schale 56 mit einem Festsitz aufgenommen zum Schaffen einer anderen statischen Fluidsperre, währenddem das Dichtungselement 88 eine dynamische Fluidsperre um den äusseren Verschleissring 18 herum bildet. Die Abdichtungen 16 und 20 zusammen mit den Verschleissringen 14 und 18 verschliessen die ßnden des Lagers B, zum Zurückhalten von Schmierstoffen in dem Bereich der Rollen 40 und zum Aussperren von Verunreinigungen.
Der elektrische Generator E befindet sich in dem Ringraum 66 zwischen den beiden Reihen der Regelrollen 60 (Fig. 5). Er hat einen Rotor 90, der mit dem Zapfen 2 und den Regelringen 58 rotiert und einen Stator 92, der von der Schale 56 getragen ist. Da der Generator E in dem Lager B eingebaut ist ist er geschützt vor der rauhen Umgebung eines Eisenbahnwagens. Auch die Notwendigkeit für ein Riemen- oder Zahnradantriebssystem, wie bei üblichen elektrischen Energiequellen in Eisenbahnwagen, entfällt. Der Generator E arbeitet gemäss den üblichen Prinzipien der elektromagnetischen Energieumwandlung. Er wirkt als eine elektrische Energiequelle zur Ladung einer Batterie in einem Güterwagen wenn der Wagen in Bewegung ist. Der Generator E liefert auch ein Geschwindigkeitssignal (Umdrehungen pro Minute), da er eine pulsierende Spannung erzeugt, deren Frequenz gemessen und mit der Winkelgeschwindigkeit in Zusammenhang gebracht werden kann. Somit entfällt der Bedarf an separaten Geschwindigkeitssensoren in den Güterwagen.
Der Rotor 90 umfasst (Fig. 4-6) den Abstandsring 64, der die Regelringe 58 voneinander trennt und die Binstellung des Lagers B bestimmt, und auch eine Reihe von Dauermagneten 94, die in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um den Ring 94 angeordnet sind. Aus diesem Grund besteht die nach aussen weisende Fläche des Ringes 64 aus einer Reihe von Abflachungen 96, die Seite an Seite um den Ring 64 angeordnet sind. Die Abflachungen 96 sind etwas breiter als die Magnete 94 und ein einzelner Magnet 94 ist an jeder Abflachung befestigt, vorzugsweise durch ein starkes Klebemittel, wie 2. B. ein Epoxydzement. Eine gerade Anzahl von Abflachungen 96 ist um den Ring 94 vorgesehen und die Magnete 94 sind auf den zugehörigen Abflachungen 96 zentrisch angeordnet. Jeder Magnet 94 hat seine Pole radial angeordnet mit Bezug auf den Ring 64, d. h. sein Nordpol befindet sich auf der Aussenseite und sein Südpol befindet sich auf der Innenseite, oder umgekehrt. Die Polarität der Magnete 94 ändert in Umfangsrichtung des Ringes 94. Die Magnete 94 sind hergestellt aus irgendeinem der zur Verfügung stehenden Werkstoffe für Dauermagnete, z. B. Neodym-Sisen-Bor. Der Stator 92 ist hergestellt aus magnetischen Stahlfolien der Motorgüte, die miteinander vereinigt sind zu einer Lamellenstruktur 98 mit einer zylindrischen äusseren Fläche, die etwas grösser ist im Durchmesser als die Zwischenfläche 76 zwischen den zwei Laufflächen 74 in der Schale 56. (Fig. 4-6). Die Lamellenstruktur 98 wird axial durch eine der Laufflächen 74 eingeführt und in die Zwischenfläche 76 gedrückt, wo sie durch den Festsitz an Ort und Stelle zurückgehalten wird. Die Lamellenstruktur 98 hat eine Reihe von Windungsschlitzen 100, die nach innen offen sind in Richtung zum Motor 90, und Zähne 102, welche die Schlitze 100 voneinander trennen. Die Zähne 102 erweitern sich in Umfangsrichtung an ihren inneren Enden und haben bogenförmige Endflächen 104, welche sich sehr nahe an dem Kreis befinden, der durch die äusseren Flächen der Magnete 94 beschrieben wird wenn der Rotor 90 dreht. Ein Luftspalt von etwa 0,38- 0,50 mm (0,015-0,020 Zoll) befindet sich zwischen dem Kreis, der durch die feststehenden Endflächen 104 bestimmt wird und dem Kreis der durch die drehenden Magnete 94 beschrieben wird.
Jeder Zahn 102 trägt eine Spule 106, die den Zahn 102 umgibt und sich durch die Schlitze 100 auf jeder Seite des Zahns 102 erstreckt. Diese Anordnung ergibt nichtüberlappende Windungen, jedoch könnten die Windungen auch aus irgendeiner überlappenden Windungsart bestehen, die aus einer Vielzahl von mehrphasigen, überlappenden Windungsarten ausgewählt sein kann. Jedenfalls sind die Spulen 106 in Phasen 108 angeordnet. Ein Dreiphasenalternator hat drei Phasen 108 welche miteinander verbunden sein können, um eine Y-Windung 110 (Fig. 7) zu bilden. Wenn der Stator 92 drei Phasen 108 aufweist soll die Anzahl der Schlitze 100 und der Zähne 102 seiner Lamellenstruktur 98 durch drei teilbar sein. Die Phasen 108 haben Enddrähte 114, die durch die Radialbohrungen 77 in der Schale 56 und aus dem Adapter C herausgeführt sind.
Die Drähte 114 können an einen Dreiphasengleichrichter angeschlossen sein, der den Dreiphasenwechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Der Gleichstrom ladet eine Batterie in dem Eisenbahnwagen.
Die Schale 56 muss nicht aus einem Stück bestehen; sie kann in zwei Hauteile aufgeteilt sein, d. h. separate einreihige Schalen, mit womöglich einem Abstandsring dazwischen. Auch dabei würde ein Ringraum 66 vorliegen und der Generator E wäre in dem Ringraum 66 angeordnet.
Ein geringfügig modifiziertes Lager F (Fig. 8) hat verlängerte Schubrippen 80 an seinen Kegelringen 58 und die Abdichtungen 16 und 20 sind geformt, um dynamische Fluidsperren um die verlängerten Rippen 80 herum zu bilden, anstatt um Verschleissringe. Des Weiteren ist das Lager F, um einen zusätzlichen Schutz für den Generator E vorzusehen, mit einem weiteren Satz von Abdichtungen 118 versehen, die sich in dar Schale 56 an den Enden des Ringraumes 66 befinden. Die Abdichtungen 118 bilden Fluidsperren zwischen der Zwischenfläche 76, einerseits, und dem Abstandsring 64 oder den Halterippen 82 der Kegelringe 58, andererseits.
Das Lager F befindet sich zwischen einem geringfügig modifizierten Stützring 120 und einer geringfügig modifizierten Endkappe 122. Der erstere, im Vergleich zu dem Stützring 12, ist etwas verlängert und drückt unmittelbar auf den inneren Kegelring 58 das Lagers F. Die letztere, im Vergleich zu der Endkappe 22, erstreckt sich nicht nur über die Endfläche 8 des Zapfens 2 sondern greift auch um das Ende des Zapfens und drückt unmittelbar auf den äusseren Kegelring 58 des Lagers F.
Das Lager F sitzt in einem geringfügig modifizierten Adapter G - modifiziert in dem Sinne, dass er eine Ringnut 124 aufweist, die in dem Bereich des inneren Endringes 42 zur Bohrung 44 hin offen ist. Die Nut 124 liegt in der Tat unmittelbar ausserhalb des Endes der Schale 56 wenn die Schale 56 vollständig in die Bohrung 44 eingesetzt ist, d. h. wenn ihr gegenüberliegendes Ende an der Rippe 46 anliegt. Die Ringnut 124 nimmt eine andere Rippe auf in Form eines Halteringes 126 der Schnappringbauart. Demgemäss ist die Schale 56 zurückgehalten zwischen der Rippe 46 und dem Haltering 126.
Der Generator E in dem Lager B oder F hat die Fähigkeit einer fortdauernden Leistungsabgabe von einem bis zu mehreren Hundert Watt.
Die Erfindung soll alle Änderungen und Modifikationen des hierin zum Zwecke der Erläuterung ausgewählten Ausführungsbeispieles abdecken, welche den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche nicht verlassen.

Claims

1. Lager zum Erleichtern der Rotation um eine Drehachse, wobei das Lager aufweist: einen äusseren Ring (56) mit einer ersten Laufbahn, welche nach innen zur Achse weist; einen inneren Ring (58) mit einer ersten Laufbahn, die nach aussen zu der Laufbahn des äusseren Ringes (56) weist und von dieser umgeben ist; Wälzkörper (60), die sich zwischen den gegenüberliegenden Laufbahnen des inneren und des äusseren Ringes (56; 58) befinden; und einen innerhalb des äusseren Ringes (56) angeordneten elektrischen Generator (E), der versehen ist mit einem Stator (92), der in Stellung befestigt ist in Bezug auf eine der Laufbahnen und einem Rotor (90), der in Stellung befestigt ist in Bezug auf die andere Laufbahn (56), dadurch gekennzeichnet, dass der Generator ein Elektroenergiegenerator ist, der elektrische Energie erzeugen wird in einer Grössenordnung von mindestens einem Watt wenn das Lager in Betrieb ist und der Rotor (90) in Bezug auf den Stator (92) dreht.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Ring (56) und der innere Ring (58) jeweils eine zweite Laufbahn aufweisen und die Wälzkörper (60) in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die Wälzkörper (60) der einen Reihe sich in Abstand befinden von den Wälzkörpern (60) der anderen Reihe damit ein ringförmiger Raum (66) in dem Lager zwischen den beiden Reihen vorliegt, und der elektrische Generator (E) in dem ringförmigen Raum (66) angeordnet ist.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Ring (56) einteilig ist und der Stator (92) in Stellung in Bezug auf diesen Ring befestigt ist; und dass der innere Ring (58, 58) zwei getrennte Bauteile umfasst, und der Rotor (90) in Stellung befestigt ist in Bezug auf diese Bauteile.

4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (90) einen Abstandsring (64) aufweist, der sich zwischen den beiden Bauteilen des inneren Ringes (58, 58) befindet.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (90) auch mindestens einen Magnet (94) hat, der an dem Abstandsring (64) befestigt ist, wobei der Magnet (94) ein veränderliches magnetisches Feld bei relativer Rotation des Rotors (90) erzeugt.

6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (92) mindestens eine elektrische Spule (106) aufweist, welche positionniert ist, um mit dem magnetischen Feld zusammenzuwirken, damit ein elektrisches Potential in der Spule (106) induziert wird.

7. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsring (64) eine nach aussen weisende Fläche aufweist, die sich aus einer Vielzahl von Teilflächen (96) zusammensetzt, welche Seite an Seite um den Ring (64) angeordnet sind und an jeder Teilfläche (96) ein separater Dauermagnet (94) befestigt ist.

8. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (92) aus einem Schichtkörper aus magnetischen Stahlblechen besteht und eine zylindrische Fläche aufweist, die mit Presssitz auf einer Zwischenfläche (76) des äusseren Ringes (56) sitzt, wobei die Zwischenfläche (76) sich zwischen den beiden Laufbahnen (74) des äusseren Ringes (56) befindet, und der Schichtkörper eine Vielzahl von Windungsschlitzen (100) aufweist, die nach innen zum Rotor (90) hin offen sind, und Zähne (102), die die Schlitze (100) voneinander trennen.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtungseinrichtungen (118) Fluidsperren bilden zwischen der Zwischenfläche (76), einerseits, und dem Abstandsring (64) oder Halterippen (82) der Bauteile des inneren Ringes (58, 58), andererseits.

10. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Generator (E) erzeugte Elektroenergie ein Wechselstrom (AC) ist.

11. Lager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Dichtungen (16, 20), die an den Enden des äusseren Ringes (56) sitzen und dort statische Fluidsperren und dynamische Fluidsperren um innere Dichtflächen bilden, wobei der elektrische Generator (E) zwischen den Dichtungen (16, 20) angeordnet ist, damit er durch die Dichtungen geschützt ist.

12. Lagerbaugruppe mit einem Lager gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerbaugruppe ferner einen Adapter (C) aufweist, der den äusseren Ring (56) des Lagers aufnimmt und aussen gestaltet ist zur Aufnahme in einem Seitenrahmen (D) eines Eisenbahnwagenfahrgestells, wobei der Adapter (C) einen bogenförmigen oberen Tragblock (36) und einen bogenförmigen unteren Tragblock (38) aufweist; und der äussere Ring (56) zwischen dem oberen Tragblock (36) und dem unteren Tragblock (38) aufgenommen ist.

13. Lagerbaugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (C) auch axial voneinander beabstandete Ringe (40, 42) aufweist, die den oberen Tragblock (36) in einer festen und vorbestimmten Stellung in Bezug auf den unteren Tragblock (38) halten.

14. Lagerbaugruppe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Presssitz zwischen dem äusseren Ring (56) des Lagers und dem Adapter (C) vorliegt, damit der äussere Ring (56) in dem Adapter (C) nicht drehen wird.

15. Verwendung des Lagers nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Eisenbahnwagen zur Ladung einer Batterie, die Betätigungsgeräte für die Eisenbahnwagenbremsen speist.