WO2012152538A1

WO2012152538A1 - Lager mit einer energieerzeugungseinheit, insbesondere pendelrollen- lager zur lagerung einer walze

Info

Publication number: WO2012152538A1
Application number: PCT/EP2012/056953
Authority: WO
Inventors: Thomas Rink; Werner Roman; Heinz THEUMER; Martin Grehn; Henri Van Der Knokke; Karl Müller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2012-11-15
Also published as: DE102011075548B4; DE102011075548A1; CN103547821B; CN103547821A; US20140079350A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere Wälzlager (1), umfassend einen ersten Lagerring (2), einen zweiten Lagerring (3), und eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit (8), wobei der Klauenpolgenerator (8) einen ersten Klauenring (10) mit einer Abfolge von ersten Klauen (11) und einen in Umlaufrichtung der Drehachse (6) versetzten zweiten Klauenring (12) mit einer Abfolge von zweiten Klauen umfasst, wobei die beiden Klauenringe (10, 12) eine die Drehachse (6)umlaufende Induktionsspule (9) umgeben, wobei die Klauen (11) der beiden Klauenringe (10, 12) mit einer die Drehachse (6) umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen (14) die Induktionsspule (9) umgebenden magnetische Kreise ausbilden. Die Aufgabe, ein Lager anzugeben, das eine Nachrüstung mit einem Klauenpolgenerator ermöglicht, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Klauenringe (10, 12) und die Induktionsspule (9) mit einem ersten Trägerring (24; 24') auf einer Stirnfläche (16) des ersten Lagerrings (2) befestigt sind, dass die magnetischen Pole (14) mittels eines zweiten Trägerrings (18) auf der Stirnfläche (20) des zweiten Lagerrings (3) befestigt sind, wobei die magnetischen Pole (14) mittels eines Rückschlussrings aus einem magnetisch leitenden Material untereinander magnetisch leitend verbunden sind, und wobei die beiden Klauenringe (10, 12) mittels eines Flussleitrings (17) magnetisch leitend verbunden sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung

LAGER MIT EINER ENERGIEERZEUGUNGSEINHEIT, INSBESONDERE PENDELROLLEN- LAGER ZUR LAGERUNG EINER WALZE

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Lager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lagerung nach Anspruch 1 1 zur drehbaren Lagerung einer Walze, insbesondere einer Führungswalze für Papierbahnen.

Aus der Praxis ist bekannt, aus der Drehbewegung eines Lagers, insbeson- dere eines Wälz- oder Gleitlager, im Betrieb elektrische Energie zu erzeugen. Hierzu sind insbesondere Wälzlager bekannt, in die eine Energieerzeugungseinheit baulich integriert ist. Speziell sind Wälzlager bekannt, bei denen die Energieerzeugungseinheit als Klauenpolgenerator ausgebildet ist. Der Klauenpolgenerator umfasst dabei einen ersten Klauenring mit einer in Umfangsrichtung des Wälzlagers verlaufenden Abfolge von ersten Klauen, einen zweiten Klauenring mit einer in Umfangsrichtung des Wälzlagers verlaufenden Abfolge von zweiten Klauen, eine von den beiden Klauenringen umgebene Induktionsspule, die die Drehachse des Wälzlagers umläuft, wobei die beiden Klauenringe in Umfangsrichtung zueinander versetzt ange- ordnet sind. Der Klauenpolgenerator umfasst weiter eine in Umfangsrichtung verlaufende Abfolge von magnetischen Polen. Steht eine erste Klaue des ersten Klauenrings einem ersten Pol, beispielsweise einem Nordpol, gegenüber, wird ein magnetischer Kreis über eine in Umfangsrichtung benachbarte zweite Klaue, nämlich eine Klaue des zweiten Klauenrings zu einem in Um- fangsrichtung benachbarten zweiten, ungleichnamigen, magnetischen Pol, in diesem Fall einem Südpol, gebildet, der die Induktionsspule umgibt. Dreht sich der Lagerring mit den beiden Klauenringen weiter, steht die zweite Klaue dem Nordpol gegenüber und die erste Klaue einem Südpol, so dass sich die Richtung des die Induktionsspule umgebenden magnetischen Kreises umkehrt und in der Induktionsspule eine magnetische Spannung erzeugt wird. In ein Wälzlager integriert, sind die beiden Klauenringe sowie die Induktionsspule an einem der beiden Lagerringe des Wälzlagers befestigt.

An Wälzlager mit einer Energieerzeugungseinheit, insbesondere an Wälzlager mit einem Klauenpolgenerator, wird von der Praxis gefordert, für den Klauenpolgenerator nur einen geringen zusätzlichen Bauraum vorzusehen bzw. vorhandenen Bauraum auszunutzen, so dass das Wälzlager mit dem Klauenpolgenerator von Standardabmessungen möglichst wenig abweicht.

Aus der Praxis sind weiter Lagertypen wie Pendelrollen-Lager oder Gelenklager bekannt, die neben einer Drehbewegung auch eine Verkippung der beiden Lagerringe des Lagers zueinander ermöglichen. Bei einer derartigen Verkippung wird die Klaue eines der Klauenringe gegenüber dem zugeordneten magnetischen Pol geneigt, so dass sich der Spalt zwischen der Klaue und dem magnetischen Pol, über den hinweg der magnetische Kreis geschlossen werden soll, im wesentlichen verbreitert und der magnetische Kreis nur unvollständig geschlossen wird. Klauenpolgeneratoren sind daher für Lagertypen wie Pendelrollen-Lager oder Gelenklager bzw. allgemeiner für Lager, die zusätzlich zu einer Drehung auch eine Verkippung der beiden Lagerringe ermöglichen sollen, zur Energieerzeugung bisher wenig geeignet.

WO 201 1/000362 A1 beschreibt ein als einreihiges Kugellager ausgebildetes Wälzlager mit zwei Lagerringen, mehreren Wälzkörpern, die von einem Lagerkäfig geführt werden, und einer als Klauenpolgenerator ausgebildeten Energieerzeugungseinheit, wobei der Klauenpolgenerator einen ersten Klauenring mit einer Abfolge von ersten Klauen und einen in Umfangsrichtung des Lagerrings versetzen zweiten Klauenring mit einer Abfolge von zweiten Klauen aufweist, wobei die beiden Klauenringe eine in Umfangsrichtung des ersten Lagerrings umlaufende Induktionsspule umgeben, wobei die Klauen der beiden Klauenringe mit einer in Umfangsrichtung umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen die Induktionsspule umgebenden magnetische Kreise ausbilden. Die beiden Klauenringe sind dabei an einer inneren Mantelfläche des ersten Lagerrings in magnetisch leitender Verbindung befestigt, die magnetischen Pole sind an einer inneren Mantelfläche des zweiten Lagerrings des Wälzlagers angeordnet, so dass der die Induktionsspule umgebende magnetische Kreis durch einen magnetisch leitenden Abschnitt des ersten Lagerrings geschlossen wird. Die Klauenringe sowie die Induktionsspule nehmen dabei Bauraum im Bereich zwischen den beiden Lagerringen in Anspruch. Weiter ist eine Nachrüstung von Lagern, die bereits in einer Betriebsstellung montiert sind, aufwendig und nicht ohne Ausbau des Lagers möglich.

US 6,838,794 B2 beschreibt ein Lager, insbesondere ein Wälzlager, mit einem ersten Lagerring, einem zweiten Lagerring und einer Energieerzeugungseinheit, die als Klauenpolgenerator ausgestaltet ist. Der Klauenpolge- nerator umfasst einen an dem ersten Lagerring befestigten ersten Klauenring mit einer entlang eines Umfangs des ersten Lagerrings umlaufenden Abfolge von ersten Klauen, einen an dem ersten Lagerring befestigten zweiten Klauenring mit einer entlang des Umfangs des ersten Lagerrings umlaufenden Abfolge von zweiten Klauen, und eine zwischen den beiden Klauen- ringen angeordnete magnetische Induktionsspule. Das Lager umfasst weiter eine entlang eines Umfangs des zweiten Lagerrings umlaufende, als Magnetring ausgebildete Abfolge von magnetischen Polen sowie eine zwischen den beiden Klauenringen angeordnete magnetische Induktionsspule, wobei sich von einem ersten magnetischen Pol des Magnetrings über eine erste Klaue des ersten Klauenrings und über eine zweite Klaue des zweiten Klauenrings ein geschlossener, die Induktionsspule umlaufender magnetischer Kreis zu dem bezüglich des ersten magnetischen Pols ungleichnamigen zweiten magnetischen Pol des Magnetrings schließt. Die Induktionsspule ist in einer im Querschnitt U-förmigen Aufnahme angeordnet, wobei die Schenkel des U durch die beiden Klauenringe gebildet sind, und wobei die beiden Klauenringe durch den Boden des U miteinander in magnetisch leitender Verbindung stehen, so dass der magnetische Fluss durch die erste Klaue in dem ersten Schenkel des U, dann durch den Boden des U und danach durch eine zweite Klaue in dem zweiten Schenkel des U geführt wird. Der Boden des U liegt an dem ersten Lagerring an und reduziert den Bauraum zwischen den beiden Lagerringen, der für die Aufnahme einer möglichst hohen Anzahl von Windungen der Induktionsspule zur Verfügung steht. Als Maßnahme zur Erhöhung der Anzahl der Windungen der Induktionsspule wird vorgeschlagen, jeweils eine Ausnehmung an den Mantelflächen der beiden gegenüberliegenden Lagerringen vorzusehen und die Induktionsspu- le sowie die Abfolge der magnetischen Pole in der jeweiligen Ausnehmung anzuordnen. Hierzu sind bauliche Veränderungen an den beiden Mantelflächen der beiden Lagerringe erforderlich, insbesondere sind beide Lagerringe in Richtung der Drehachse verlängert ausgebildet, derart, dass die Laufbahn in der ersten Hälfte der axialen Erstreckung und der Klauenpolgenera- tor in der anderen Hälfte der axialen Erstreckung angeordnet ist. Auch in diesem Fall ist die Nachrüstung eines in Montagestellung befindlichen Lagers mit einem Klauenpolgenerator nicht möglich, ohne das Lager komplett auszutauschen. US 2005/017401 1 A1 beschreibt ein als Wälzlager ausgebildetes Lager, nämlich ein Schrägkugel-Lager, mit einem Klauenpolgenerator, wobei die als umlaufender Magnetring ausgebildete Abfolge der magnetischen Pole in einer Ausnehmung des zweiten Lagerrings angeordnet ist und die Induktionsspule im Querschnitt allseitig von den Blechzuschnitten der beiden Klau- enringen umgeben abschnittsweise auf einer Stirnfläche des ersten Lagerrings aufsitzt und dabei auch abschnittsweise in einer in der Mantelfläche des ersten Lagerrings angeordneten Ausnehmung angeordnet ist. Die Abfolge der magnetischen Pole ist an einer inneren Mantelfläche angeordnet. Zur Aufnahme der Induktionsspule bzw. der magnetischen Pole ist mindestens einer der Lagerringe in Richtung der Drehachse verlängert und der an- dere der Lagerringe mit einer Ausnehmung versehen auszubilden.

Aufgabe der Erfindung Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Lager anzugeben, das eine Nachrüstung mit einem Klauenpolgenerator ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das eingangs genannte Lager gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Klauenringe und die Induktionsspule mit einem ersten Trägerring auf einer Stirnfläche des ersten Lagerrings befestigt sind, dass die magnetischen Pole mittels eines zweiten Trä- gerrings auf der Stirnfläche des zweiten Lagerrings befestigt sind, wobei die magnetischen Pole mittels eines Rückschlussrings aus einem magnetisch leitenden Material untereinander magnetisch leitend verbunden sind, und wobei die beiden Klauenringe mittels eines Flussleitrings magnetisch leitend verbunden sind.

Der erste Trägerring mit den beiden Klauenringen und der Induktionsspule bildet eine erste Baueinheit, die auf die Stirnfläche eines bereits in Betriebsstellung befindlichen Lagers nachträglich montiert werden kann. Weiter bildet der zweite Trägerring mit den magnetischen Polen eine zweite Bauein- heit, die auf die Stirnfläche des ebenfalls in Betriebsstellung befindlichen zweiten Lagerrings ggf. nachträglich angebracht werden kann. Der die bei- den Klauenringe magnetisch leitend verbindende Flussleitring stellt sicher, dass über den ersten Lagerring allenfalls nur Streuflüsse zum Schließen des magnetischen Kreises um die Induktionsspule betragen. Der die magnetischen Pole untereinander magnetisch leitend verbindende Rückschlussring stellt zudem sicher, dass der magnetische Kreis zwischen in Umfangsrich- tung benachbarten, ungleichnamigen magnetischen Polen geschlossen wird.

Die beiden Baueinheiten lassen sich getrennt herstellen und erst bei der Montage zu dem Klauenpolgenerator verbinden. Das Lager behält dabei seine standardisierten Abmessungen bei, wobei die beiden flachbauenden Trägerringe nur wenig Bauraum in Richtung der Drehachse des Lagers erforderlich machen.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen den Klauen und den magneti- sehen Polen ein Spalt ausgebildet ist, der zu der Drehachse geneigt ausgebildet ist. In einer Schnittebene, die die Drehachse enthält, verläuft der Spalt nicht im wesentlichen parallel zu der Drehachse, sondern bildet, zumindest in einer gedachten Verlängerung der Schnittkontur des Spaltes, einen Winkel mit der Drehachse. Der Spalt umgibt die Drehachse dabei nicht im we- sentlichen zylindrisch, sondern es ist vorgesehen, dass der Spalt von mindestens einer nicht-zylindrischen Fläche begrenzt ist. Die mindestens eine nicht-zylindrische Fläche kann so gestaltet sein, dass die Fläche, über den der magnetische Kreis geschlossen wird, vergrößert wird, so dass bei der relativen Drehung der beiden Lagerringe eine starke Änderung der Umlauf- richtung des magnetischen Kreises um die Induktionsspule und somit eine besonders starke induzierte Spannung in den Windungen des elektrischen Leiters der Induktionsspule induziert wird.

Vorzugsweise ist für die den Spalt vorgesehen, dass der zu der Drehachse geneigte Spalt einen im wesentlichen geraden Verlauf aufweist. Insbesondere sind für den Spalt als Begrenzung nicht-zylindrischen Flächen, insbeson- dere hinsichtlich einer möglichen Verkippung der beiden Lagerringe zueinander, vorgesehen, wobei beispielsweise eine der den Spalt begrenzenden Flächen in einer gedachten Verlängerung einer Laufbahn eines der Lagerringe ausgebildet ist. Bei einer Verkippung der Lagerringe zueinander bleibt dabei die Breite des Spaltes entlang dessen Erstreckung annähernd konstant, insbesondere dann, wenn die andere, den Spalt ebenfalls begrenzende Fläche parallel zu der ersten, als gedachte Verlängerung der Laufbahn des einen der beiden Lagerringe ausgebildet ist. Insbesondere kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Spalt im wesentlichen von mindestens einer konisch zulaufenden Fläche, insbesondere von zwei konisch zulaufenden Flächen, begrenzt ist.

Alternativ zu mindestens einer konisch zulaufenden, den Spalt begrenzen- den Fläche und als Alternative zu einem Spalt mit einem im wesentlichen geraden Verlauf kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Spalt einen gekrümmten, insbesondere im wesentlichen kreissegmentartig gekrümmten Verlauf aufweist. In einer die Drehachse enthaltenden Schnittebene weist der Spalt einen gekrümmten, insbesondere abschnittsweise kreissegment- förmigen Verlauf auf, wobei ein Krümmungsradius des Kreissegmentes des Spaltprofils in der Schnittebene einem Krümmungsradius der Laufbahn des Lagerringes entsprechen kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Spalt im wesentlichen von mindestens einer abschnittsweise sphärisch gekrümmten Fläche, insbesondere von zwei sphärisch gekrümmten Flächen, be- grenzt ist.

Ein Klauenpolgenerator mit einer den Spalt zwischen der Klaue und dem magnetischen Pol begrenzenden, nicht-zylindrischen Fläche ist insbesondere bevorzugt für den Fall vorgesehen, dass das Lager als Pendelrollen- Lager oder als Gelenk-Lager ausgebildet ist, mithin also eine Verkippung der beiden Lagerringe zueinander vorgesehen sein soll. Es versteht sich, dass auch andere Lagertypen, die eine Verkippung der Lagerringe zueinander zusätzlich zu der Drehung der beiden Lagerringe relativ zueinander ermöglichen, vorgesehen und mit einem derartigen Klauenpolgenerator ausgerüstet sein können.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Rückschlussring mit dem zweiten Trägerring einteilig ausgebildet ist, insbesondere, dass der zweite Trägerring aus einem magnetisch leitenden Material ausgebildet ist. Der Rückschlussring ist dabei magnetisch leitender Abschnitt des zweiten Trägerrin- ges ausgebildet. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, das der Rückschlussring als ein von dem zweiten Trägerring unabhängiges, an dem zweiten Trägerring befestigtes Bauteil ausgebildet ist, insbesondere dann, wenn die magnetische Leitfähigkeit des zweiten Trägerrings gering ist oder wenn der zweite Trägerring eine für eine magnetisch leitende Verbindung der magnetischen Pole ungünstige Geometrie aufweist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Erstreckung der magnetischen Pole in axialer Richtung größer ist als die Erstreckung der Klauen in axialer Richtung, insbesondere, dass die Erstreckung der magnetischen Pole in axialer Richtung das ca. 2-fache der Erstreckung der Klauen in axialer Richtung beträgt. Die magnetischen Pole stehen dabei in axialer Richtung, parallel zu der Drehachse des Lagers, über die Klauen über, so dass Verschiebungen des Lagers in axialer Richtung oder eine geringfügige Verkippung der beiden Lagerringe relativ zueinander den magnetischen Fluss, der den Spalt zwischen der Klaue und dem magnetischen Pol überbrückt, wenig unterbricht.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Flussleitring mit dem ersten Trägerring einteilig ausgebildet ist, insbesondere, dass der erste Trägerring aus einem magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist. Der Flussleitring ist als magnetisch leitfähiger Abschnitt des ersten Trägerrings ausgebildet, so dass der magnetische Kreis zwischen den beiden Klauenringen über den ersten Trägerring geschlossen wird; Streuflüsse durch den ersten Lagerring tragen nur sehr wenig zu dem magnetischen Kreis bei und werden in ihrer Wirkung auf die in der Induktionsspule erzeugte Wechselspannung unter- drückt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Flussleitring als von dem ersten Trägerring unabhängiges, an dem ersten Trägerring befestigtes Bauteil ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mindestens einer der Trägerringe mittels einer Schraubverbindung an der Stirnfläche des Lagerrings befestigt ist. Insbesondere beide Trägerringe können mit einer einfachen Schraubverbindung nachträglich an die bereits in Montagestellung befindlichen Lagerringe des Lagers angebracht werden und bei Bedarf wieder entfernt werden. Der Klauenpolgenerator kann somit beispielsweise zu Messzwecken, um einen Sensor mit Energie zu versorgen, vorübergehend an dem Lager angeordnet sein. Insbesondere kann die in dem Klauenpolgenerator in der Induktionsspule erzeugte Wechselspannung, beispielsweise deren Amplitude und / oder Frequenz, Teil einer Messgröße sein, die der Sensor erfasst. Eine bevorzugte Anwendung eines Lagers mit einem Klauenpolgenerator, insbesondere eines Lagers nach Anspruch 1 , ist insbesondere in einer Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer Führungswalzen für Papierbahnen, zu sehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Drucksensor, insbesondere einen piezoelektrischen Drucksensor, auf der Mantelfläche der Walze angeordnet ist, wobei der Drucksensor von der Energieerzeugungseinheit des Lagers, insbesondere des Pendelrollenlagers, energetisch beaufschlagt ist.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprü- chen sowie aus der folgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers in einer teil- weise geschnittenen Ansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung,

Fig. 2 zeigt den Ausschnitt ,Ζ' aus Fig. 1 in einer vergrößerten Darstellung, und

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise eine teilweise geschnittene Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagers.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt ein als Wälzlager 1 ausgebildetes Lager, das einen ersten Lagerring 2 und einen zweiten Lagerring 3 umfasst. Das Wälzlager 1 ist zwei- reihig ausgebildet und umfasst zwei Reihen von Wälzkörpern 4, die als Pendelrollen ausgebildet sind. Die Wälzkörper 4 werden von einem Lagerkäfig 5 in Umfangsrichtung, bezogen auf eine Drehachse 6 des Wälzlagers 1 , sowie axial, also im wesentlichen parallel zu der Drehachse 6 des Wälzlagers 1 , geführt und beabstandet gehalten. Die beiden Reihen der Pendel- rollen 4 sind in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Das Wälzlager 1 ist Teil einer Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer Walze, nämlich einer Führungswalze für Papierbahnen einer Druckmaschine, wobei eine konisch zulaufende Welle 7 um die Drehachse 6 drehbar gehalten wird.

Die Führungswalze weist einen Drucksensor auf, der den Anpressdruck der Papierbahn auf die äußere Mantelfläche der Walze erfasst, wobei der piezoelektrischen Drucksensor auf der Mantelfläche diese spiralartig umlaufend als Schicht vorgesehen ist. Der Drucksensor ist von dem Wälzlager 1 ener- getisch beaufschlagt. Hierzu umfasst das Wälzlager 1 eine Energieversorgungseinheit 8. Die Energieversorgungseinheit 8 ist als Klauenpolgenerator ausgebildet und umfasst eine in Umfangsrichtung umlaufende, insbesondere die Drehachse 6 umlaufende, Induktionsspule 9. Fig. 2 zeigt den Klauenpolgenerator 8 in einer vergrößerten Darstellung.

Der Klauenpolgenerator 8 umfasst einen ersten Klauenring 10, der eine in Umfangsrichtung, bezogen auf die Drehachse 6, umlaufende Abfolge von ersten Klauen umfasst, wobei eine der ersten Klauen mit dem Bezugszei- chen ,1 1 ' ausgewiesen ist. Die erste Klaue 1 1 ist als im wesentlichen axial, also parallel zu der Drehachse 6 abgestellter Abschnitt des ringförmigen, radial sich erstreckenden ersten Klauenrings 10 ausgebildet.

Der Klauenpolgenerator 8 umfasst einen zweiten Klauenring 12 mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Abfolge von zweiten Klauen, wobei die Schnittebene der Darstellung aus Fig. 2 so gelegt ist, dass eine erste der zweiten Klauen oberhalb und eine in Umfangsrichtung benachbarte zweite der zweiten Klauen unterhalb der Papierebene angeordnet sind. Die Schnittebene der Darstellung von Fig. 2 durchsetzt den zweiten Klauenring 12 im Bereich des radial sich erstreckenden ringförmigen Abschnittes. Die beiden nicht erkennbaren zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 sind, ähnlich wie die erste Klaue 1 1 des ersten Klauenrings 10, axial, also parallel zu der Drehachse 6 gerichtet.

Die beiden Klauenringe 10, 12 des Klauenpolgenerators 8 umgeben die Induktionsspule 9, die in einer Aufnahme 13 angeordnet ist, die die Induktionsspule 9 zu drei Seiten umgibt, wobei die Klauen 1 1 der Klauenringe 10, 12 die Induktionsspule 9 an der verbliebenen vierten Seite der Aufnahme 13 übergreifen Die Aufnahme 13 ist aus einem magnetisch nicht-leitenden Material, nämlich einem spritzbaren Kunststoff, ausgebildet, und als innenseitig offener Hohlring mit im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgebildet, wobei zwischen den Schenkeln des U die Induktionsspule 9 aufgenommen ist und außen an den beiden Schenkeln des U der jeweilige Klauenring 10, 12 auf dem Schenkel des U aufliegt. Die mit dem Bezugszeichen ,9' ausgewiesene Induktionsspule weist zusätzlich zu einem metallischen Leiter, der die Drehachse 6 mit mehreren Windungen umgibt, eine elektrisch leitende Vergussmasse auf, so dass ein formstabiler Verbund entsteht, der als Induktionsspule 9 in die Aufnahme 13, nämlich die Öffnung des U, eingelegt werden kann. Die Klauen der beiden Klauenringe 10, 12 überdecken die Öffnung des U und verhindern ein Herausfallen der Induktionsspule 9 aus der Aufnahme 13.

Der Klauenpolgenerator umfasst weiter eine in Umfangsrichtung, nämlich die Drehachse 6, umlaufende Abfolge von magnetischen Polen, deren einer mit dem Bezugszeichen ,14' ausgewiesen ist. Benachbarte Pole sind dabei ungleichnamig, beispielsweise ist der magnetische Pol 14 ein Nordpol und der jeweils benachbarte, oberhalb bzw. unterhalb der Papierebene befindliche magnetische Pol ein Südpol. Die magnetischen Pole 14 sind dabei Abschnitte von plattenförmigen Permanentmagneten, die, in Umfangsrichtung ab- wechselnd angeordnet, so ausgerichtet sind, dass jeweils ein Pol in Rieh- tung der Drehachse 6 und damit in Richtung auf eine Klaue eines der beiden Klauenringe 10, 12 weist.

Die beiden Klauenringe 10, 12 sind untereinander in Umfangsrichtung ver- setzt angeordnet, derart, dass beispielsweise alle ersten Klauen 1 1 des ersten Klauenrings 10 einem Nordpol 14 und alle zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 einem Südpol gegenüberliegen.

Damit bildet sich ein die Induktionsspule 9 und die dort aufgenommenen elektrisch leitenden Windungen umlaufender magnetischer Kreis, ausgehend von dem als Nordpol ausgebildeten ersten magnetischen Pol 14 über einen Spalt zu der ersten Klaue 1 1 des ersten Klauenrings 10, über das magnetisch leitfähige Material des Korpus des ersten Lagerrings 2 zu dem zweiten Klauenring 12 zu einer der zweiten Klauen des zweiten Klauenrings 12 über den Spalt zu einem als Südpol ausgebildeten magnetischen Pol, der dem als Nordpol ausgebildeten magnetischen Pol 14 in Umfangsrichtung benachbart ist. Bei der Drehung des Lagerrings 2 um die Drehachse ändert sich die Orientierung des magnetischen Kreises, so dass in den Windungen des elektrischen Leiters in der Induktionsspule 9 eine Wechselspannung induziert wird, die als Nutzspannung, insbesondere nach einer elektronischen Aufbereitung, abgegriffen wird.

Die beiden Klauenringe 10, 12 sowie die Induktionsspule 9 sind an einem ersten Trägerring 24 befestigt, der wiederum mittels einer ersten Schraube 15 unter Ausbildung einer ersten Schraubverbindung an einer ebenen Stirnfläche 16 des ersten Lagerrings 2 flach aufliegend befestigt ist. Der erste Trägerring 24 ist aus einem magnetisch gut leitfähigen Material ausgebildet, liegt eben und vollständig auf der Stirnfläche 16 des ersten Lagerrings 2 flach auf und umläuft die Stirnfläche 16 des ersten Lagerrings 2 vollständig.

Zwischen den beiden Klauenringen 10, 12 ist Flussleitring 17 vorgesehen, der die beiden Klauenringe 10, 12 magnetisch leitende verbindet und zwischen den beiden ringförmigen Abschnitten der Klauenringe 10, 12 eingeklemmt angeordnet ist. Die magnetischen Pole, insbesondere der mit dem Bezugszeichen ,14' ausgewiesene, im Querschnitt dargestellte magnetische Pol des Permanentmagneten, sind an einem zweiten Trägerring 18 befestigt, wobei der zweite Trägerring 18 mittels einer zweiten Schraube 19 unter Ausbildung einer zweiten Schraubverbindung an einer Stirnfläche 20 des zweiten Lagerrings 3 befestigt ist. Die magnetischen Pole sind untereinander mittels eines Rückschlussrings magnetisch leitend verbunden; insbesondere ist der mit dem Bezugszeichen ,14' ausgewiesene magnetische Pol mit den in Um- fangsrichtung benachbarten, oberhalb bzw. unterhalb der Papierebene befindlichen, ungleichnamigen magnetischen Polen magnetisch leitend ver- bunden. Der Rückschlussring ist mit dem zweiten Trägerring 18 einteilig ausgebildet, insbesondere ist der zweite Trägerring 18 aus einem magnetisch leitenden Material ausgebildet. Der zweite Trägerring 18 liegt vollständig auf der Stirnfläche 20 des zweiten Lagerrings 3 auf und umläuft die Drehachse als flachbauender Kreisring. Ebenso ist der erste Trägerring 24 als flachbauender Kreisring ausgebildet, wobei die Erstreckung der beiden Trägerringe 24, 18 in Richtung der Drehachse 6 (Fig. 1 ) geringer ist als die Erstreckung der Wälzkörper 4 in dieser axialen Richtung.

Fig. 2 zeigt ebenfalls, dass eine Erstreckung der magnetischen Pole, ein- schließlich des mit dem Bezugszeichen ,14' ausgewiesenen magnetischen Pols, in axialer Richtung, also parallel zu der Drehachse 6 (Fig. 1 ), größer ist als die Erstreckung der Klauen, einschließlich der ersten Klaue 1 1 des ersten Klauenrings 10, in axialer Richtung, insbesondere, dass die Erstreckung der magnetischen Pole 14 in axialer Richtung das ca. 2-fache der Erstre- ckung der Klauen 1 1 in axialer Richtung beträgt. Weil das Lager 1 als Pendelrollen-Lager ausgebildet ist, ist eine Verkippung des zweiten Lagerrings 3 relativ zu dem ersten Lagerring 2 möglich, so dass ein Spalt 22 zwischen der Klaue 1 1 und dem magnetischen Pol 14, der im nicht-verkippten Zustand des Lagers 1 eine konstante Spaltbreite aufweist, im verkippten Zustand des Lagers 1 eine veränderliche Spaltbreite zeigt, und zwar derart, dass die Spaltbreite in einem engen Bereich abnimmt, insgesamt aber zunimmt, und sich die Klaue 1 1 relativ zu dem magnetischen Pol 14 in axialer Richtung verschiebt. Die effektive Zunahme der Spaltbreite wird durch das Überstehen des magnetischen Pols 14 über die Klaue 1 1 in axialer Richtung, parallel zu der Drehachse 6, sowie insbesondere die Verschiebung der Klaue 1 1 zu dem magnetischen Pol 14 werden durch Verlängerung des magnetischen Pols 14 in axialer Richtung etwas kompensiert, so dass die Verkippung nicht zu einer wesentlichen Schwächung oder Unterbrechung des magnetischen Kreises, der sich über den Spalt 22 hinweg ausbildet, führt. Der Spalt 22 wird in der in Fig. 2 dargestellten Querschnittsdarstellung durch zwei im wesentlichen zylindrische, zu der Drehachse 6 konzentrische Flächen, nämlich durch die Klaue 1 1 sowie durch den magnetischen Pol 14, begrenzt, so dass der Spalt 22 parallel zu der Drehachse 6 sowie zu dieser konzentrisch verläuft. Der Spalt 22 schließt keinen Winkel mit der Drehach- se 6 ein und schneidet die Drehachse 6 nicht.

Fig. 3 zeigt ausschnittsweise ein zweites Ausführungsbeispiel eines Lagers 1 , nämlich eines zweireihigen Pendelrollenlagers, mit einer als Klauenpol- generator ausgebildeten Energieerzeugungseinheit. Im folgenden sollen insbesondere die Unterschiede zu dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel herausgestellt werden, dabei bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder in ihrer technischen Wirkung vergleichbare Merkmale.

Fig. 3 zeigt einen Flussleitring, der einteilig mit dem ersten Trägerring 24' ausgebildet ist, insbesondere, dass der erste Trägerring 24' aus einem magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist, so dass der erste Trägerring 24' die beiden Klauenringe 10, 12 magnetisch leitend verbindet. Der erste Klauenring 10 liegt abschnittsweise unmittelbar auf der Stirnfläche 16 des ersten Lagerrings 2 auf. Der magnetische Widerstand des ersten Trägerrings 24' ist jedoch im Vergleich zu dem des ersten Lagerrings 2 so gering, dass Streu- Verluste über den ersten Lagerring 2, den Wälzkörper 4 und den zweiten Lagerring 3 vernachlässigbar sind und der magnetische Kreis im wesentlichen durch den ersten Trägerring 24' geschlossen wird.

Fig. 3 zeigt weiter, dass der Spalt 22' zwischen der Klaue 1 1 und dem mag- netischen Pol 14 unter einem Winkel zu der Drehachse 6 (Fig. 1 ) verläuft; der Spalt 22' ist insbesondere zu der Drehachse 6 geneigt . Insbesondere ist der Spalt 22' nicht mehr durch zwei zylindrische Flächen begrenzt. In der Darstellung von Fig. 3, in einer die Drehachse 6 enthaltenden Schnittebene, wird zwischen der Klaue 1 1 und dem magnetischen Pol 14 der Spalt 22' ausgebildet, der von zwei im wesentlichen nicht-zylindrischen Flächen begrenzt ist. Der Spalt 22' weist dabei einen im wesentlichen geraden, zu der Drehachse 6 geneigten Verlauf auf. Die Steigung der Geraden entspricht dabei einer Tangente an eine Laufbahn 21 der Wälzkörper 4 nahe der Stirnfläche 20 des zweiten Lagerrings 3; dabei stellt der Spalt 22' eine gedachte Verlängerung der Laufbahn 21 , ggf. parallel in radialer Richtung verschoben, dar.

Die Klaue 1 1 sowie der magnetische Pol 14 sind bezogen auf die Drehachse 6 (Fig. 1 ) geneigt angeordnet und bilden jeweils eine konisch zulaufende Fläche, die den Spalt 22' begrenzt, wobei die konisch zulaufenden Flächen konzentrisch ausgebildet sind. Die Klaue 1 1 ist dazu um mehr als 90°, beispielsweise um ca. 1 10° von dem im wesentlichen ebenen radialen Abschnitt des ersten Klauenrings 10 abgestellt. Weiter ist der zweite Trägerring 18 so ausgestaltet, dass er eine Schräge 23 aufweist, die der Klaue 1 1 gegenüber- liegt und auf der der Permanentmagnet mit dem magnetischen Pol 14 angeordnet ist, so dass der Spalt 22' von annähernd konstanter Spaltbreite ent- steht. Die Erstreckung des magnetischen Pols 14 in Richtung der Schräge 23 entspricht dabei der Erstreckung der Klaue 1 1 parallel zu der Richtung der Schräge 23, so dass insbesondere der magnetische Pol 14 die Klaue 1 1 in axialer Richtung, parallel zu der Drehachse 6 (Fig. 1 ), nicht wesentlich übersteht.

Der Neigungswinkel der Schräge 23 ist so gewählt, dass die beiden den Spalt 22' begrenzenden Flächen in einer gedachten Verlängerung der Laufbahn 21 des zweiten Lagerrings 3 ausgebildet sind. Insbesondere bildet die Schräge 23 die gedachte, in diesem Fall gerade, Verlängerung einer Tangente an den Querschnitt der Laufbahn 21 nahe der Stirnfläche 20 des zweiten Lagerrings 3. Der Querschnitt der Klaue 1 1 ist dann parallel zu der Verlängerung der Tangente ausgebildet. Damit bilden die Klauen der beiden Klauenringe 10, 12 sowie die magnetischen Pole der eine jeweils konisch zulaufende Kontur aus.

Abweichend von dem vorbeschriebenen, zweiten Ausführungsbeispiel kann anstelle von zwei konischen Flächen, die den Spalt 22' begrenzen, vorgesehen sein, dass der Spalt einen gekrümmten, insbesondere im wesentlichen kreissegmentartig gekrümmten, Verlauf aufweist. Der Spalt wird dabei im wesentlichen von mindestens einer abschnittsweise sphärisch gekrümmten Fläche, insbesondere von zwei sphärisch gekrümmten Flächen, begrenzt. Der kreissegmentartig gekrümmte Verlauf des Spaltprofils in einer die Drehachse 6 enthaltenden Schnittebene weist dann einen Krümmungsradius auf, der dem der Laufbahn 21 nahe der Stirnfläche 20 des zweiten Lagerrings 3 entspricht.

Bei den beiden vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen war jeweils vorgesehen, dass die Kontaktfläche des ersten Trägerrings 24 mit der Stirnfläche 16 des ersten Lagerrings 2 sowie die Kontaktfläche des zweiten Trägerrings 18 mit der Stirnfläche 20 des zweiten Lagerrings 3 in einer gemeinsamen, gedachten Ebene 25 (Fig. 1 ) liegt. Dabei steht der Klauenpolgenerator nur wenig über die beiden Stirnflächen 16, 20 des Lagers 1 über und ist sehr flachbauend ausgebildet. Die Laufbahn 21 der Wälzkörper 4 reicht bis unmittelbar an dem Klauenpolgenerator 8 heran, so dass die Lagerringe 2, 3 des Lagers 1 in axialer Richtung, parallel zu der Drehachse 1 , keinen zusätzlichen Bauraum erfordern, um den Klauenpolgenerator 8 aufnehmen zu können.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war jeweils vor- gesehen, dass die Klauenringe 10, 12 sowie die Induktionsspule an dem ersten Lagerring 2, der sich mit der Welle 7 dreht, und die magnetischen Pole 14 an dem feststehenden zweiten Lagerring 3 drehfest befestigt sind. Es versteht sich, dass die magnetischen Pole 14 auch an dem sich drehenden Lagerring, in den beiden obigen Ausführungsbeispielen also an dem ersten Lagerring 2, und die Einheit aus den Klauenringen 10, 12 sowie der Induktionsspule 9 an dem feststehenden Lagerring 3 befestigt sein kann.

Bei den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen war das Lager 1 jeweils als Wälzlager, nämlich als Pendelrollenlager mit zwei Reihen von Wälzkörpern 4, ausgebildet. Es versteht sich, dass das Wälzlager auch andere Rollen als Wälzkörper, beispielsweise Kegelrollen oder Zylinderrollen, aufweisen kann. Das Wälzlager kann insbesondere als ein- oder mehrreihiges Kugellager, insbesondere als Schrägkugellager, ausgebildet sein. Es versteht sich ferner, dass das Lager auch als Gleitlager, insbesondere als Gelenklager, ausgebildet sein kann.

Bei den vorstehend beschriebenen beiden Ausführungsbeispielen war der Rückschlussring, der die magnetischen Pole 14 der Permanentmagnete untereinander magnetisch leitend verbindet, mit dem zweiten Trägerring 18 einteilig und als magnetisch leitender Abschnitt des zweiten Trägerrings 18 ausgebildet. Dabei bestand der zweite Trägerring 18 vollständig aus einem magnetisch leitenden Matenal. Es versteht sich, dass ein Rückschlussring aus einem magnetisch leitenden Material zusätzlich zu dem zweiten Trägerring 18 vorgesehen sein und an dem zweiten Trägerring 18 befestigt sein kann, insbesondere, wenn die Bohrungen für die Aufnahme der zweiten Schraube 19 oder Aufnahmevorrichtungen für andere Befestigungsmittel die magnetische Leitfähigkeit des zweiten Trägerrings 18 abschnittsweise unterbrechen und inhomogen werden lassen. Der magnetische Rückschlussring kann beispielsweise als Band aus einem magnetisch gut leitenden Material, insbesondere aus einem Wälzlagerstahl, aus Eisen oder einem ferro- magnetischen Stahl, ausgebildet sein, das in den auf die Klauen 1 1 weisenden Teil des zweiten Trägerrings 18 eingelassen ist.

Ergänzend zu den beiden vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann noch ein Haltering vorgesehen sein, in den die Permanentmagnete mit den magnetischen Polen 14 eingelegt und in Umfangsrichtung des zweiten Trägerrings 18 fixiert angeordnet sind, wobei der Haltering aus einem magnetisch nicht-leitenden Material wie Messing ausgebildet sein kann.

Bezugszeichenliste

I Wälzlager

2 erster Lagerring

3 zweiter Lagerring

4 Wälzkörper

5 Lagerkäfig

6 Drehachse

7 Welle

8 Energieerzeugungseinheit

9 Induktionsspule

10 erster Klauenring

I I erste Klaue

12 zweiter Klauenring

13 Aufnahme

14 magnetischer Pol

15 erste Schraube

16 Stirnfläche des ersten Lagerrings 2 17 Flussleitring

18 zweiter Trägerring

19 zweite Schraube

20 Stirnfläche des zweiten Lagerrings 3

21 Laufbahn

22, 22' Spalt

23 Schräge

24, 24' erster Trägerring

25 Ebene

Claims

Patentansprüche

Lager, insbesondere Wälzlager (1 ), umfassend

einen ersten Lagerring (2),

einen zweiten Lagerring (3), und

eine als Klauenpolgenerator ausgebildete Energieerzeugungseinheit (8),

wobei der Klauenpolgenerator (8) einen ersten Klauenring (10) mit einer Abfolge von ersten Klauen (1 1 ) und einen in Umlaufrichtung der Drehachse (6) versetzten zweiten Klauenring (12) mit einer Abfolge von zweiten Klauen umfasst, wobei die beiden Klauenringe (10, 12) eine die Drehachse (6) umlaufende Induktionsspule (9) umgeben,

wobei die Klauen (1 1 ) der beiden Klauenringe (10, 12) mit einer die Drehachse (6) umlaufenden Abfolge von magnetischen Polen (14) die Induktionsspule (9) umgebenden magnetische Kreise ausbilden, dadurch gekennzeichnet,

dass die Klauenringe (10, 12) und die Induktionsspule (9) mit einem ersten Trägerring (24; 24') auf einer Stirnfläche (16) des ersten Lagerrings (2) befestigt sind,

dass die magnetischen Pole (14) mittels eines zweiten Trägerrings (18) auf der Stirnfläche (20) des zweiten Lagerrings (3) befestigt sind, wobei die magnetischen Pole (14) mittels eines Rückschlussrings aus einem magnetisch leitenden Material untereinander magnetisch leitend verbunden sind, und

wobei die beiden Klauenringe (10, 12) mittels eines Flussleitrings (17) magnetisch leitend verbunden sind.

2. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Klauen (1 1 ) und den magnetischen Polen (14) ein Spalt (22') ausgebildet ist, der zu der Drehachse (6) geneigt ist.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (22') einen im wesentlichen geraden Verlauf aufweist.

4. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt einen gekrümmten, insbesondere im wesenlichen kreissegmentartig gekrümmten, Verlauf aufweist.

5. Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der den Spalt (22') begrenzenden Flächen in einer gedachten Ver- längerung einer Laufbahn (21 ) eines der Lagerringe (3) ausgebildet ist.

6. Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (1 ) als Pendelrollen-Lager oder als Gelenk-Lager ausgebildet ist.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückschlussring mit dem zweiten Trägerring (18) einteilig ausgebildet ist, insbesondere, dass der zweite Trägerring (18) aus einem magnetisch leitenden Material ausgebildet ist.

8. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erstreckung der magnetischen Pole (14) in axialer Richtung größer ist als die Erstreckung der Klauen (1 1 ) in axialer Richtung, insbesondere, dass die Erstreckung der magnetischen Pole (14) in axialer Richtung das ca. 2-fache der Erstreckung der Klauen (1 1 ) in axialer Richtung beträgt.

9. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Flussleitring mit dem ersten Trägerring (24') einteilig ausgebildet ist, insbesondere, dass der erste Trägerring (24') aus einem magnetisch leitfähigen Material ausgebildet ist.

10. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Trägerringe (14) mittels einer Schraubverbindung an der Stirnfläche (16) des Lagerrings (2) befestigt ist.

1 1 . Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer Walze, insbesondere einer Führungswalze für Papierbahnen, gekennzeichnet durch ein Lager, insbesondere ein Pendelrollen-Wälzlager (1 ), nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Lageranordnung nach Anspruch 1 1 , gekennzeichnet durch einen Drucksensor, insbesondere einen piezoelektrischen Drucksensor, auf der Mantelfläche der Walze, wobei der Drucksensor von der Energieerzeugungseinheit des Wälzlagers energetisch beaufschlagt ist.