DE102023104993A1 - Rolling bearing device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wälzlagervorrichtung (1), welche aus wenigstens einem Wälzlager (2), einer Dichtung (3) und einer Bypass-Vorrichtung (20) gebildet ist sowie außerdem ein erstes Maschinenelement (30) und ein zweites Maschinenelement (31) aufweist. Über die Bypass-Vorrichtung (20) ist wenigstens eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Maschinenelement (30) und dem zweiten Maschinenelement (31) ausgebildet. An einem der Lagerringe (5, 6) ist eine Schleuderscheibe (13) angebunden, die mit diesem in elektrischem Kontakt steht und von dem Bypass-Leiter (23) radial elektrisch kontaktiert wird. Die Schleuderscheibe (13) überragt die axial durchgängigen Ausnehmungen (26) teilweise im radialen Abstand (s) von der Rotationsachse (16) des Wälzlagers (2). The invention relates to a rolling bearing device (1) which is formed from at least one rolling bearing (2), a seal (3) and a bypass device (20) and also has a first machine element (30) and a second machine element (31). At least one electrical connection between the first machine element (30) and the second machine element (31) is formed via the bypass device (20). A centrifugal disk (13) is connected to one of the bearing rings (5, 6), which is in electrical contact with it and is electrically contacted radially by the bypass conductor (23). The centrifugal disk (13) partially projects beyond the axially continuous recesses (26) at a radial distance (s) from the axis of rotation (16) of the rolling bearing (2).
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Wälzlagervorrichtung, welche aus wenigstens einem Wälzlager, und einer Bypass-Vorrichtung gebildet ist.The invention relates to a rolling bearing device which is formed from at least one rolling bearing and a bypass device.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Rotorwellen in elektrischen Maschinen sind zumeist mit Wälzlagern gelagert. Zwischen den Rotorwellen und Gehäusen von Elektromotoren und Generatoren entstehen häufig ungewollte Spannungspotenziale. Bei fehlenden Gegenmaßnahmen entladen sich diese Spannungspotenziale über die Wälzlager. Der dabei durch das betroffene Wälzlager fließende Strom kann Funken im Wälzkontakt zwischen den Wälzkörpern und den Laufbahnen generieren. Die Wälzlaufbahnen werden durch Schmelzvertiefungen bzw. Erosionsvertiefungen geschädigt.Rotor shafts in electrical machines are usually supported by rolling bearings. Unwanted voltage potentials often arise between the rotor shafts and housings of electric motors and generators. If countermeasures are not taken, these voltage potentials are discharged via the rolling bearings. The current flowing through the affected rolling bearing can generate sparks in the rolling contact between the rolling elements and the raceways. The rolling raceways are damaged by melting depressions or erosion depressions.
Es sind bereits Maßnahmen bekannt, die den Aufbau der Spannungspotenziale bzw. den Abbau dieser Spannungspotenziale über die Wälzlager verhindert sollen. Eingesetzt werden zum Beispiel Bypass-Vorrichtungen, mit denen Entladungen über sogenannte Wellenerdungsringe bypassartig um die Wälzlager des Elektromotors „herum“ geführt sind. In
Bypass-Leiter werden von der Fachwelt auch gerne in Dichtungsvorrichtungen integriert. Ein Beispiel einer als Bypass-Leiter ausgeführten Vorschaltdichtung ist mit
Generell sind Wälzlager-Hersteller daran interessiert, derartige Bypass-Leiter in direkter und unmittelbarer Nähe der Wälzlager einzusetzen, die den anfangs geschilderten Schädigungen durch Abbau der Spannungspotenziale ausgesetzt sein können. Darüber hinaus sollen die Bypass-Leiter möglichst platzsparend untergebracht sein. Deshalb werden solche Bypass-Leiter zum Beispiel in die Hauptdichtungen von Wälzlagern integriert. Eine derartige Vorrichtung ist mit
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Wälzlagervorrichtung zu schaffen, welche sich einfach und kostengünstig herstellen lässt.The object of the invention is to provide an improved rolling bearing device which can be manufactured easily and inexpensively.
Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.The problem is solved according to the subject matter of claim 1.
Die Wälzlagervorrichtung ist aus wenigstens einem Wälzlager und einer Bypass-Vorrichtung gebildet und weist außerdem ein erstes Maschinenelement und ein zweites Maschinenelement auf. Das Wälzlager weist einen ersten Lagerring und einen zweiten Lagerring auf, wobei die Lagerringe konzentrisch auf einer axial ausgerichteten Rotationsachse des Wälzlagers angeordnet und mit radial zwischen den Lagerringen angeordneten Wälzkörpern versehen sind. Über die Bypass-Vorrichtung, die einen Halter und wenigstens einen elektrisch leitfähigen Bypass-Leiter aufweist, ist wenigstens eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Maschinenelement und dem zweiten Maschinenelement ausgebildet, wobei der Halter und Bypass-Leiter elektrisch leitend miteinander verbunden sind und der Halter an dem einen der Lagerringe befestigt ist, der wiederum an dem Maschinenelement befestigt ist, und axial durchgängige Ausnehmungen aufweist und den Bypass-Leiter hält. Dabei bildet sich zwischen den Lagerringen und der Bypass-Vorrichtung ein Lagerinnenraum aus. Wie zuvor beschrieben, werden Bypass-Vorrichtungen zumeist in Verbindung mit Dichtungen eingesetzt, oder zumindest dort, wo wenig Schmierstoffkontakt vorliegt, um deren Wirkungsweise nicht zu beeinträchtigen. Die vorliegende Erfindung nimmt dies bewusst in Kauf, um eine Bypass-Vorrichtung für Anwendungen mit Schmierstoffkontakt bereit zu stellen und die Schmierstoffverhältnisse zu verbessern. Die an dem anderen der Lagerringe angebundene Schleuderscheibe, die von dem einen der Lagerringe ausgehend in den Lagerinnenraum hineinragt und die mit diesem in elektrischem Kontakt steht, und zudem vom Bypass-Leiter radial elektrisch kontaktiert wird, dient daher zum einen der Stromleitung, zum anderen der Einstellung eines gewünschten Schmierstoffflusses. Die Schleuderscheibe kann dabei zusammen mit der Bypass-Vorrichtung auch im Prinzip einer Drossel wirken, wobei die Schleuderscheibe erfindungsgemäßen die axial durchgängigen Ausnehmungen des Halters dafür teilweise im radialen Abstand von der Rotationsachse des Wälzlagers aus überragt.The rolling bearing device is formed from at least one rolling bearing and a bypass device and also has a first machine element and a second machine element. The rolling bearing has a first bearing ring and a second bearing ring, wherein the bearing rings are arranged concentrically on an axially aligned axis of rotation of the rolling bearing and are provided with rolling elements arranged radially between the bearing rings. At least one electrical connection is formed between the first machine element and the second machine element via the bypass device, which has a holder and at least one electrically conductive bypass conductor, wherein the holder and bypass conductor are electrically conductively connected to one another and the holder is fastened to one of the bearing rings, which in turn is fastened to the machine element and has axially continuous recesses and holds the bypass conductor. A bearing interior is formed between the bearing rings and the bypass device. As previously described, bypass devices are mostly used in conjunction with seals, or at least where there is little lubricant contact, so as not to impair their effectiveness. The present invention consciously accepts this in order to provide a bypass device for applications with lubricant contact and to improve the lubricant conditions. The centrifugal disk connected to the other of the bearing rings, which extends from one of the bearing rings into the bearing interior and is in electrical contact with it, and is also electrically contacted radially by the bypass conductor, therefore serves on the one hand to conduct current, and on the other hand to set a desired lubricant flow. The centrifugal disk can together with the bypass device, they also act in principle as a throttle, whereby the centrifugal disk according to the invention partially projects beyond the axially continuous recesses of the holder at a radial distance from the axis of rotation of the rolling bearing.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Halter radial zwischen einem der Lagerringe und einem der Maschinenelemente an dem einen der Lagerringe befestigt ist sowie den Bypass-Leiter hält. Der eine der Lagerringe sitzt dabei in dem einen der Maschinenelemente oder auf dem einen der Maschinenelemente. Dabei sitzt der Halter zum Beispiel auf einem Außenring radial zwischen dem Außenring und einem Gehäuse oder alternativ an einem Innenring radial zwischen dem Innenring und einer Welle.In a preferred embodiment, the holder is attached radially between one of the bearing rings and one of the machine elements to one of the bearing rings and holds the bypass conductor. One of the bearing rings is seated in one of the machine elements or on one of the machine elements. The holder is seated, for example, on an outer ring radially between the outer ring and a housing or alternatively on an inner ring radially between the inner ring and a shaft.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Bypass-Leiter, der von dem Halter, welcher radial zwischen einem der Lagerringe und einem der Maschinenelemente an dem einen der Lagerringe befestigt ist, gehalten wird, aus schlaufenförmig verstickten Fasern besteht.In another preferred embodiment, it is provided that the bypass conductor, which is held by the holder, which is attached to one of the bearing rings radially between one of the bearing rings and one of the machine elements, consists of loop-shaped embroidered fibers.
Unter dem Begriff „verstickte Fasern“ sind sowohl einzelne Fasern als auch Faserpaare oder Faserbündel zu verstehen. Der Begriff Versticken deklariert nachfolgend jegliches Verbinden der Fasern, Faserpaare oder -bündel, welches einen zusätzlichen Faden zum Verbinden nutzt. Als äquivalent kann hierbei somit auch Vernähen, Verhäkeln oder ähnliches gesehen werden.The term "embroidered fibers" refers to both individual fibers and fiber pairs or bundles of fibers. The term embroidery subsequently describes any joining of fibers, fiber pairs or bundles that uses an additional thread to connect them. Sewing, crocheting or similar can therefore also be seen as equivalent.
Bei Carbonfaserbauteilen kommen zumeist auf Grund günstigerer und einfacherer fertigungstechnischer Umsetzung Halbzeuge aus Gewebe zum Einsatz, die anschließend in eine Polymermatrix einlaminiert werden. Positionierte Fasern, auch unter „Tailored Fiber Placement“ bekannt, werden derzeit lediglich aus ästhetischen Gründen bei Sichtbauteilen aus Carbon oder zur gezielten Versteifung von Funktionsbauteilen eingesetzt, da dies einen sehr hohen Aufwand in der Fertigung erzeugt. Somit, aus diesen Aspekten für die hier vorgesehen Applikation abwegig, wird hier eine besondere, kostenintensive Technologie eingesetzt, um sich die leitfähigen Eigenschaften der Kohlefasern gezielt zunutze zu machen. Unter dem nachfolgend zur Verwendung kommenden Begriff „verstickte Fasern“ sind sowohl einzelne Fasern als auch Faserpaare oder Faserbündel zu verstehen. Der Begriff Versticken beschreibt nachfolgend jegliches Verbinden der Fasern, Faserpaare oder -bündel, welches einen zusätzlichen Faden zum Verbinden nutzt. Als äquivalent kann hierbei somit auch Vernähen, Verhäkeln oder ähnliches gesehen werden.For carbon fiber components, semi-finished fabrics are usually used due to cheaper and simpler manufacturing processes, and are then laminated into a polymer matrix. Positioned fibers, also known as "tailored fiber placement," are currently only used for aesthetic reasons in visible carbon components or for the targeted stiffening of functional components, as this creates a very high level of effort in production. Thus, for these reasons, a special, cost-intensive technology is used here to specifically exploit the conductive properties of carbon fibers. The term "embroidered fibers" used below refers to both individual fibers and fiber pairs or fiber bundles. The term embroidery describes any joining of fibers, fiber pairs or bundles that uses an additional thread to connect them. Sewing, crocheting or similar can also be seen as equivalent.
Wie zuvor erwähnt, weist der Halter einen Haltering oder mehr Halteringe sowie eine Haltescheibe oder mehr Haltescheiben auf. Die Erfindung sieht vor, dass der Halter bzw. der Haltering mit wenigstens einer, vorzugsweise mehrerer am Umfang um die Rotationsachse des Wälzlageranordnung verteilten, sich axial durchgängig durch einen sich im Wesentlichen radial erstreckenden und ringscheibenförmig ausgebildeten Grundkörper erstreckenden Ausnehmung versehen ist. Die Haltescheibe greift in einer Ausgestaltung mit wenigstens einem Halteclip in die Ausnehmung ein und ist an dem Grundkörper gehalten. Der Bypass-Leiter ist axial zwischen dem elektrisch leitfähigen Haltering und der Haltescheibe gehalten. Der Halteclip oder die Halteclips sind formschlüssig und/oder kraftschlüssig in der Ausnehmung verrastet oder eingehakt. Eine derartige Anordnung lässt sich vorteilhaft einfach montieren. Die Einzelteile des Halters sind kostengünstig aus Blech herstellbar.As previously mentioned, the holder has a retaining ring or more retaining rings and a retaining disk or more retaining disks. The invention provides that the holder or the retaining ring is provided with at least one, preferably several recesses distributed on the circumference around the axis of rotation of the rolling bearing arrangement, extending axially continuously through a base body that extends essentially radially and is designed in the shape of an annular disk. In one embodiment, the retaining disk engages in the recess with at least one retaining clip and is held on the base body. The bypass conductor is held axially between the electrically conductive retaining ring and the retaining disk. The retaining clip or the retaining clips are latched or hooked into the recess in a form-fitting and/or force-fitting manner. Such an arrangement is advantageously easy to assemble. The individual parts of the holder can be manufactured inexpensively from sheet metal.
Eine weitere Möglichkeit der Umsetzung der Wälzlagervorrichtung sieht vor, dass ein oder mehrere an der Haltescheibe bzw. separat ausgebildete Klemmelemente bzw. Halteclips, jedes/jeder jeweils oder auch mehr als eines/einer, in eine der Ausnehmungen eingreifen und die Haltescheibe und den Haltering formschlüssig aneinanderhalten. Dabei ist der Bypass-Leiter axial zwischen dem Klemmelement und dem Halter bzw. zwischen der Haltescheibe und dem Haltering eingeklemmt. Das Klemmelement kann zum Beispiel eine einfache Klammer sein, die in die Ausnehmung eingesetzt wird oder das Klemmelement bzw. der Halteclip sind an dem Haltering des Halters ausgebildet. Klemmelemente sind lösbar oder unlösbar an den Haltering geklemmt und Halteclips sind zum Beispiel in die Ausnehmungen formschlüssig geclipst bzw. eingeschnappt und unter Umständen auch wieder lösbar.Another possibility for implementing the rolling bearing device is that one or more clamping elements or retaining clips formed on the retaining disk or separately, each one or more than one, engage in one of the recesses and hold the retaining disk and the retaining ring together in a form-fitting manner. The bypass conductor is clamped axially between the clamping element and the holder or between the retaining disk and the retaining ring. The clamping element can, for example, be a simple clip that is inserted into the recess or the clamping element or retaining clip are formed on the retaining ring of the holder. Clamping elements are clamped to the retaining ring in a detachable or non-detachable manner and retaining clips are, for example, clipped or snapped into the recesses in a form-fitting manner and can also be detachable again under certain circumstances.
Es ist denkbar, dass das Halteelement eine oder mehrere am Umfang des einen der Lagerringe verteilte Klammern aufweist sowie die Klammern radial zwischen einem der Maschinenelemente und dem einem der Lagerringe radial gegen den einen der Lagerringe vorgespannt sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten der Klammern eine sich axial durchgängig durch den elektrisch leitfähigen Halter erstreckende sowie die zwei benachbarten der Klammern in Umfangsrichtung voneinander distanzierenden Ausnehmung ausgebildet ist. Dabei greift ein Halteclip oder ein Klemmelement in wenigstens eine der Ausnehmungen formschlüssig ein, wobei der Bypass-Leiter mittels des Halteclips oder Klemmelements axial zwischen der Haltescheibe und dem Halter oder dem Klemmelement und dem Halter eingeklemmt ist.It is conceivable that the holding element has one or more clamps distributed around the circumference of one of the bearing rings and that the clamps are pre-tensioned radially between one of the machine elements and one of the bearing rings against one of the bearing rings, with a recess being formed between two adjacent clamps that extends axially continuously through the electrically conductive holder and spaced the two adjacent clamps apart from one another in the circumferential direction. A holding clip or a clamping element engages in at least one of the recesses in a form-fitting manner, with the bypass conductor being clamped axially between the holding disk and the holder or between the clamping element and the holder by means of the holding clip or clamping element.
Die Wälzkontakte sind die Kontakte, an denen im Betrieb oder bei Stillstand des jeweiligen Wälzlagers die Wälzkörper an den Laufbahnen anliegen. Die Zonen des Wälzkontakts sind damit die Zonen, in denen die Wälzkörper bei Betrieb des Wälzlagers an den Wälzlaufbahnen der Lagerringe abrollen. Die elektrisch leitfähige Verbindung zu Entladung der Spannungspotenziale zwischen dem ersten und zweiten Maschinenelement wird mittels der Bypass-Vorrichtung hergestellt. Wie schon anfangs erwähnt, können die Maschinenelemente Gehäuse oder Wellen alternativ auch andere Maschinenteile sein. So ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zweite Maschinenelement der Innenring des Wälzlagers ist.The rolling contacts are the contacts on which, during operation or when the respective rolling bearing, the rolling elements rest on the raceways. The zones of rolling contact are therefore the zones in which the rolling elements roll on the rolling raceways of the bearing rings when the rolling bearing is in operation. The electrically conductive connection for discharging the voltage potentials between the first and second machine elements is established by means of the bypass device. As already mentioned at the beginning, the machine elements housing or shafts can alternatively be other machine parts. According to one embodiment of the invention, it is provided that the second machine element is the inner ring of the rolling bearing.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Widerstand des Bypass-Leiters bzw. der Bypass- Vorrichtung kleiner oder gleich 100 Ohm ist, was sich als idealer Bereich herausgestellt hat. Bevorzugt weist der Bypass-Leiter dabei zumindest einige leitfähige Fasern auf.One embodiment of the invention provides that the electrical resistance of the bypass conductor or the bypass device is less than or equal to 100 ohms, which has proven to be the ideal range. The bypass conductor preferably has at least some conductive fibers.
In die Wälzlagervorrichtung sind eine oder mehrere Bypass-Vorrichtungen integriert. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Bypass-Leiter in das Wälzlager integriert ist und trotzdem so an dem Wälzlager befestigt ist, dass er radial platzsparend nicht im Inneren des Wälzlagers sondern im Lagersitz befestigt ist - d.h. außen am Wälzlager zwischen einem Gehäuse oder einer Welle bzw. anderen Maschinenelementen und einem der Lageringe des Wälzlagers. Es wird für die Befestigung des Bypass-Leiters kein gesonderter axialer Bauraum benötigt. Der radiale Bauraum steht aufgrund der Abmessungen des Wälzlagers bereits zur Verfügung. Dies wirkt sich insbesondere positiv auf die Anwendung in Wälzlagervorrichtungen mit Wälzlagern kleiner Durchmesserreihen aus. Der begrenzte Raum kann vollständig von der Bypass-Vorrichtung genutzt werden. Die Bauteile zur Befestigung des Bypass-Leiters müssen darum auch nicht so filigran ausgebildet sein und können deshalb oft auch kostengünstiger hergestellt werden.One or more bypass devices are integrated into the rolling bearing device. The advantage of the invention is that the bypass conductor is integrated into the rolling bearing and is nevertheless attached to the rolling bearing in such a way that it is not attached inside the rolling bearing but in the bearing seat to save radial space - i.e. on the outside of the rolling bearing between a housing or a shaft or other machine elements and one of the bearing rings of the rolling bearing. No separate axial installation space is required for attaching the bypass conductor. The radial installation space is already available due to the dimensions of the rolling bearing. This has a particularly positive effect on the application in rolling bearing devices with rolling bearings of small diameter series. The limited space can be used entirely by the bypass device. The components for attaching the bypass conductor therefore do not have to be so delicate and can therefore often be manufactured more cost-effectively.
Über die Bypass-Vorrichtung ist wenigstens eine elektrische Verbindung zumindest zwischen dem ersten und dem zweiten Maschinenelement ausgebildet. Es ist also auch denkbar, dass über die Bypass-Vorrichtung auch weitere elektrisch leitende Verbindungen zwischen weiteren Maschinenelementen permanent oder sogar vorzugsweise zu- und abschaltbar ausgebildet sind.At least one electrical connection is formed at least between the first and the second machine element via the bypass device. It is therefore also conceivable that further electrically conductive connections between other machine elements are formed permanently or even preferably switchable on and off via the bypass device.
Die Bypass-Vorrichtung ist aus einem oder mehreren Haltern und einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Bypass-Leitern zusammengesetzt. Der Halter sitzt erfindungsgemäß in einem bzw. auf einem der Lagerringe des Wälzlagers. Er ist also in das Wälzlager bzw. in den Lagersitz des Wälzlagers integriert und sitzt wahlweise am Innenring oder am Außenring. Der Halter ist ein beliebig ausgeführtes Bauteil, welches geeignet ist, den Bypass-Leiter im Wälzlager zu halten.The bypass device is made up of one or more holders and one or more electrically conductive bypass conductors. According to the invention, the holder sits in or on one of the bearing rings of the rolling bearing. It is therefore integrated into the rolling bearing or into the bearing seat of the rolling bearing and sits either on the inner ring or on the outer ring. The holder is a component of any design that is suitable for holding the bypass conductor in the rolling bearing.
Der Vorteil liegt darin, dass das Wälzlager inklusive der Bypass-Vorrichtung als eine Baueinheit vom Hersteller des Wälzlagers lieferbar ist. Montagezeit und Platz in der Lagerhaltung sowohl beim Kunden des Wälzlagerherstellers und beim Wälzlagerhersteller selbst werden eingespart. Die Eigenschaften des Bypass-Leiters können exakt individuell auf den Durchgangs- bzw. Entladungswiderstand des Wälzlagers abgestimmt werden.The advantage is that the rolling bearing including the bypass device can be supplied as a single unit by the rolling bearing manufacturer. Assembly time and storage space are saved both for the rolling bearing manufacturer's customer and for the rolling bearing manufacturer itself. The properties of the bypass conductor can be precisely tailored to the bearing's passage or discharge resistance.
Der jeweilige Halter und der Bypass-Leiter sind elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Generell ist die Bypass-Vorrichtung so ausgeführt, dass sich Spannungspotenziale über diese Bypass-Vorrichtung und nicht über das Wälzlager entladen.The respective holder and the bypass conductor are connected to each other in an electrically conductive manner. In general, the bypass device is designed in such a way that voltage potentials are discharged via this bypass device and not via the rolling bearing.
Mit dem mindestens einem Wälzlager sind zwei Maschinenelemente gegeneinander drehbar gelagert. Dabei ist eines der Maschinenelemente oder das andere Maschinenelement um die Rotationsachse des Wälzlagers rotierbar mittels des Wälzlagers gelagert oder das eine bzw. andere Maschinenelement ist gehäusefest. Alternativ sind beide Maschinenelemente relativ zueinander um die Rotationsachse des Wälzlagers rotierbar angeordnet. Maschinenelemente sind Wellen, beispielsweise Rotorwellen einer elektrischen Maschine, Gehäuse, beispielsweise Lagerschilde oder Gehäuse bzw. Gehäuseabschnitte oder Lagerschilde einer elektrischen Maschine, Zahnräder oder Wellen bzw. Gehäuse eines Getriebes oder beliebige andere Maschinenelemente, die geeignet sind, mittels Wälzlagern aneinander oder gegeneinander gelagert zu werden.Two machine elements are mounted so that they can rotate relative to one another using the at least one rolling bearing. One of the machine elements or the other machine element is mounted so that it can rotate around the rotation axis of the rolling bearing using the rolling bearing, or one or the other machine element is fixed to the housing. Alternatively, both machine elements are arranged so that they can rotate relative to one another around the rotation axis of the rolling bearing. Machine elements are shafts, for example rotor shafts of an electrical machine, housings, for example bearing shields or housings or housing sections or bearing shields of an electrical machine, gears or shafts or housings of a transmission, or any other machine elements that are suitable for being mounted on or against one another using rolling bearings.
Die Rotationsachse des Wälzlagers ist in den betrachteten Fällen immer axial ausgerichtet und kann aber horizontal oder vertikal als auch schräg orientiert im Raum verlaufen. Radial ist senkrecht quer zur Rotationsachse.In the cases considered, the rotation axis of the rolling bearing is always axially aligned, but can run horizontally, vertically or at an angle in space. Radial is perpendicular to the rotation axis.
Das Wälzlager dient der drehbaren Lagerung von Maschinenteilen, -Elementen und Baugruppen und weist zur Verminderung der Reibung Wälzkörper auf, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring abwälzen und somit die Reibung in der drehbaren Lagerung verringern. Das Wälzlager weist, wie schon zuvor ausgeführt, einen Innenring und einem Außenring auf. Alternativ weist das Wälzlager auch mehr als nur einen Innen- und oder Außenring auf. Darüber hinaus sind die Lagerringe alternativ auch geteilt und weisen jeweils eine Laufbahn oder einen Anteil einer Laufbahn auf. Am Innenring sind gewöhnlich eine oder mehrere Außenlaufbahnen ausgebildet und am Außenring dementsprechend eine oder mehrere Innenlaufbahnen. Die an den Laufbahnen abwälzenden Wälzkörper sind wahlweise Kugeln oder Rollen. Die Kugeln oder Rollen sind oft in Käfigen geführt und gehalten. Wälzkörper eines Wälzlagers sind entweder in einer Reihe in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet oder alternativ weist das Wälzlager mehrere nebeneinander angeordnete Reihen Wälzkörper auf.The rolling bearing is used for the rotatable mounting of machine parts, elements and assemblies and has rolling elements to reduce friction, which roll between the inner ring and the outer ring and thus reduce the friction in the rotatable bearing. The rolling bearing has, as already explained, an inner ring and an outer ring. Alternatively, the rolling bearing also has more than just an inner and/or outer ring. In addition, the bearing rings are also split and each have a raceway or a portion of a raceway. One or more outer raceways are usually formed on the inner ring and one or more inner raceways on the outer ring. The rolling elements rolling on the raceways The rolling elements are either balls or rollers. The balls or rollers are often guided and held in cages. The rolling elements of a rolling bearing are either arranged in a row one behind the other in the circumferential direction or, alternatively, the rolling bearing has several rows of rolling elements arranged next to one another.
Unter dem Bypass ist im Sinne der Erfindung die Umführung eines Stromes bzw. einer Spannung um ein oder mehrere Wälzlager und oder/Maschinenteile zu verstehen. Die Wälzkörper und die Lagerringe sind gewöhnlich aus Wälzlagerstahl und berühren sich an den Laufbahnen. Die dabei gebildeten Kontaktzonen sind potenzielle Durchgänge für Ströme, an denen die gefürchteten Entladungen zu den bereits im Kapitel „Hintergrund der Erfindung“ beschriebenen Beschädigungen der Laufbahnen führen.In the sense of the invention, the bypass is understood to mean the bypassing of a current or a voltage around one or more rolling bearings and/or machine parts. The rolling elements and the bearing rings are usually made of rolling bearing steel and touch each other at the raceways. The contact zones formed are potential passages for currents where the dreaded discharges lead to the damage to the raceways already described in the chapter "Background of the invention".
Durch den Bypass bzw. durch die Bypass-Vorrichtung sollen die Ströme umgeleitet werden. Das kann zum einen dadurch „gesteuert“ werden, dass die Bypass-Vorrichtung bzw. auf jeden Fall der Bypass-Leiter gegenüber dem Wälzlager vergleichsweise geringere elektrische oder spezifische elektrische Widerstände aufweisen.The currents are to be diverted through the bypass or the bypass device. This can be "controlled" by the fact that the bypass device or in any case the bypass conductor has comparatively lower electrical or specific electrical resistances than the rolling bearing.
Es ist denkbar, dass die Wälzlager gegen Stromdurchgang isoliert sind. Beispielsweise ist es denkbar, dass zwischen dem Lagerring bzw. Lagerringen und dem Maschinenelement, auf/in welchem der Lagerring sitzt, ein Isolator bzw. eine Isolationsschicht aufgebracht ist. In diesem Fall führt der Bypass die Entladungen nur über die Bypass-Elemente der an dem Wälzlager sitzenden Bypass-Vorrichtung an dem Wälzlager vorbei aber nicht durch das Wälzlager hindurch. In diesem Fall sitzt der Halter an bzw. auf dem isolierten Lagerring und hat aber leitenden Kontakt mit dem Maschinenelement. Zum Beispiel sitzt der Halter auf dem Außenring und ist elastisch federnd gegen das Gehäuse vorgespannt. Alternativ oder kombiniert mit anderen Maßnahmen ist es auch denkbar, dass die Wälzkörper zum Beispiel aus nicht elektrisch leitendem Material wie zum Beispiel Keramik sind. Die Bypass-Vorrichtung muss in diesem Fall den Strom nur umleiten.It is conceivable that the rolling bearings are insulated against the passage of current. For example, it is conceivable that an insulator or an insulating layer is applied between the bearing ring or bearing rings and the machine element on/in which the bearing ring sits. In this case, the bypass only guides the discharges past the rolling bearing via the bypass elements of the bypass device attached to the rolling bearing, but not through the rolling bearing. In this case, the holder sits on or on the insulated bearing ring, but has conductive contact with the machine element. For example, the holder sits on the outer ring and is elastically spring-loaded against the housing. Alternatively, or in combination with other measures, it is also conceivable that the rolling elements are made of a non-electrically conductive material such as ceramic. In this case, the bypass device only has to redirect the current.
Der Vorteil der Erfindung liegt also darin, dass das Design der Bypass- auf die Stromleitfähigkeit und die Schmierstoffdrosselung aber nicht auf eine Dichtfunktion gerichtet ist. Wenn, wie anfangs in der Diskussion zum Stand der Technik bereits erwähnt, Bypass-Leiter in Dichtungssysteme integriert werden, müssen Kompromisse hinsichtlich der Wahl von Materialeigenschaften der Dichtungen und auch des Bypass-Leiters eingegangen werden. Bei der Auslegung des Bypass-Leiters einer Bypass-Vorrichtung gemäß Erfindung müssen bei der Wahl und Gestaltung des Materials vorteilhaft nur die Anforderungen an die Stromleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit berücksichtigt werden. In dem Bypass-Halter bzw. der Bypass-Vorrichtung ist eine für Medien frei durchlässiger Durchgang von der Umgebung vor des Bypass-Halters aus in den Zwischenraum garantiert.The advantage of the invention is that the design of the bypass is directed at current conductivity and lubricant throttling, but not at a sealing function. If, as already mentioned at the beginning of the discussion on the state of the art, bypass conductors are integrated into sealing systems, compromises must be made with regard to the choice of material properties of the seals and also of the bypass conductor. When designing the bypass conductor of a bypass device according to the invention, only the requirements for current conductivity and wear resistance must be taken into account when selecting and designing the material. In the bypass holder or the bypass device, a freely permeable passage for media from the environment in front of the bypass holder into the intermediate space is guaranteed.
Eine Möglichkeit der Umsetzung der Wälzlagervorrichtung ist, das Halteelement bzw. den Haltering so auszuführen, dass er mehrere über den Umfang des einen der Lagerringe verteilt Klammern aufweist bzw. die Halteelemente derartige Klammern sind. Diese Klammern sind radial zwischen dem Lagerring und dem Maschinenelement, beispielsweise zwischen dem Außenring und einem Gehäuse bzw. zwischen dem Innenring und einer Welle angeordnet und übergreifen dabei den Lagerring axial und hintergreifen den Lagerring radial. Die Klammern sind elastisch federnd ausgebildet und radial zwischen einem der Maschinenelemente und dem einem der Lagerringe radial gegen den einen der Lagerringe vorgespannt.One way of implementing the rolling bearing device is to design the holding element or the holding ring in such a way that it has several clamps distributed around the circumference of one of the bearing rings or the holding elements are such clamps. These clamps are arranged radially between the bearing ring and the machine element, for example between the outer ring and a housing or between the inner ring and a shaft, and axially overlap the bearing ring and radially engage behind the bearing ring. The clamps are designed to be elastically springy and are preloaded radially between one of the machine elements and one of the bearing rings against one of the bearing rings.
Der Vorteil dabei ist, dass die Zonen an dem Lagerring, an welcher der Haltering befestigt ist bzw. gegen welche die Halteelemente gegen den Lagerring vorgespannt sind, nicht feinbearbeitet werden müssen, denn die Halteelemente sind zumindest radialelastisch gegen diese Zone vorgespannt. Die Elastizität der einzelnen Halteelemente ist dadurch gewährleistet, dass diese umfangsseitig um die Rotationsachse des Wälzlagers durch die axial durchgängigen Ausnehmungen voneinander getrennt sind. Dadurch sind die Halteelemente ausgehend von einer Basis am Haltering um einen sich radial erstreckenden elastischen Hebel verlängert. In Verbindung mit einer Schnappgeometrie kann das Halteelement beim Aufpressen große Toleranzen überbrücken und ist sicher axial sowie radial fixiert. Die Halteringe sind aus Blech oder Federstahl einfach und kostengünstig herzustellen.The advantage of this is that the zones on the bearing ring to which the retaining ring is attached or against which the holding elements are pre-tensioned against the bearing ring do not have to be finely machined, because the holding elements are at least radially elastically pre-tensioned against this zone. The elasticity of the individual holding elements is ensured by the fact that they are separated from one another on the circumference around the rotation axis of the rolling bearing by the axially continuous recesses. As a result, the holding elements are extended from a base on the retaining ring by a radially extending elastic lever. In conjunction with a snap geometry, the holding element can bridge large tolerances when pressed on and is securely fixed axially and radially. The retaining rings are easy and inexpensive to manufacture from sheet metal or spring steel.
Eine weitere Möglichkeit der Umsetzung der Wälzlagervorrichtung sieht vor, dass ein oder mehrere an der Haltescheibe bzw. separat ausgebildete Klemmelemente bzw. Halteclips, jedes/jeder jeweils oder auch mehr als eines/einer, in eine der Ausnehmungen eingreifen und die Haltescheibe und den Haltering formschlüssig aneinanderhalten. Dabei ist der Bypass-Leiter axial zwischen dem Klemmelement und dem Halter bzw. zwischen der Haltescheibe und dem Haltering eingeklemmt. Das Klemmelement kann zum Beispiel eine einfache Klammer sein, die in die Ausnehmung eingesetzt wird oder das Klemmelement bzw. der Halteclip sind an dem Haltering des Halters ausgebildet. Klemmelemente sind lösbar oder unlösbar an den Haltering geklemmt und Halteclips sind zum Beispiel in die Ausnehmungen formschlüssig geclipst bzw. eingeschnappt und unter Umständen auch wieder lösbar.Another possibility for implementing the rolling bearing device is that one or more clamping elements or retaining clips formed on the retaining disk or separately, each one or more than one, engage in one of the recesses and hold the retaining disk and the retaining ring together in a form-fitting manner. The bypass conductor is clamped axially between the clamping element and the holder or between the retaining disk and the retaining ring. The clamping element can, for example, be a simple clip that is inserted into the recess, or the clamping element or retaining clip are formed on the retaining ring of the holder. Clamping elements are clamped to the retaining ring in a detachable or non-detachable manner, and retaining clips are, for example, clipped or snapped into the recesses in a form-fitting manner and can also be detachable again under certain circumstances.
Weiterhin denkbar ist, dass der Halter im Kontakt mit dem einem der Lagerringe elektrisch leitend an dem einen der Lagerringe anliegt. Der Halter ist aus elektrisch leitfähigem Material oder leitfähig beschichtet bzw. mit leitfähigen Elementen versehen. Entscheidend ist, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Maschinenelement und dem Halter entweder über den elektrisch leitfähigen Lagerring oder im direkten Kontakt mit dem Halter ausgebildet ist. Der Lagerring ist aus einem leitfähigen Werkstoff bzw. elektrisch leitfähig beschichtet. Generell ist in diesem Fall davon auszugehen, dass der elektrische Widerstand der Bypass-Vorrichtung geringer ist als der elektrische Widerstand im Durchgang durch die Wälzkontakte des Wälzlagers.It is also conceivable that the holder is in contact with one of the bearing rings in an electrically conductive manner. The holder is made of electrically conductive material or has a conductive coating or is provided with conductive elements. It is crucial that an electrically conductive connection is formed between the machine element and the holder either via the electrically conductive bearing ring or in direct contact with the holder. The bearing ring is made of a conductive material or has an electrically conductive coating. In this case, it can generally be assumed that the electrical resistance of the bypass device is lower than the electrical resistance in the passage through the rolling contacts of the rolling bearing.
Die Wälzkontakte sind die Kontakte, an denen im Betrieb oder bei Stillstand des jeweiligen Wälzlagers die Wälzkörper an den Laufbahnen anliegen. Die Zonen des Wälzkontakts sind damit die Zonen, in denen die Wälzkörper bei Betrieb des Wälzlagers an den Wälzlaufbahnen der Lagerringe abrollen. Die elektrisch leitfähige Verbindung zu Entladung der Spannungspotenziale zwischen dem ersten und zweiten Maschinenelement wird mittels der Bypass-Vorrichtung hergestellt. Wie schon anfangs erwähnt, können die Maschinenelemente Gehäuse oder Wellen alternativ auch andere Maschinenteile sein.The rolling contacts are the contacts where the rolling elements rest on the raceways when the respective rolling bearing is in operation or at a standstill. The rolling contact zones are therefore the zones in which the rolling elements roll on the rolling raceways of the bearing rings when the rolling bearing is in operation. The electrically conductive connection for discharging the voltage potentials between the first and second machine elements is created using the bypass device. As already mentioned at the beginning, the machine elements housings or shafts can alternatively be other machine parts.
Das Wälzlager mit allen bisher erwähnten Komponenten ist, gegebenenfalls auch darüber hinaus in Kombination mit einem oder beiden Maschinenelementen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, als eine in sich selbsthaltende Baueinheit ausgeführt. Durch eine derartige Baueinheit werden zum einen die Lager- und Transportkapazitäten positiv klein gehalten und zum anderen ist der Aufwand bei der Montage der Wälzlagervorrichtung in ein Fahrzeuggetriebe, eine elektrische Maschine, eine elektrisch betriebene Achse oder in eine andere beliebige Anlage im Vergleich zu einer Einzelmontage der Komponenten vorteilhaft geringer.The rolling bearing with all the components mentioned so far, possibly also in combination with one or both machine elements, is designed as a self-retaining structural unit according to an embodiment of the invention. With such a structural unit, on the one hand, the storage and transport capacities are kept positively small and, on the other hand, the effort involved in installing the rolling bearing device in a vehicle transmission, an electrical machine, an electrically operated axle or in any other system is advantageously lower than if the components were installed individually.
Die Wälzkörper der von der Erfindung betroffenen Wälzlager können mit oder ohne Käfig(e) zwischen den Lagerring geführt sein. Ein Käfig weist einen oder zwei Seitenränder auf. Käfige mit nur einem Seitenrand sind kronen- und oder kammartig ausgebildet, d. h., dass Käfigstege wie die Zacken einer Krone oder die Zinken eines Kammes in axiale Richtung von dem Seitenrand abstehen. Die in Umfangsrichtung benachbarten Lücken zwischen den Zacken bzw. Zinken sind die Taschen, in denen die Wälzkörper aufgenommen sind. Die Abwicklung der Käfige sind in gedachten Abwicklungen in flachen Ebenen für Kugeln nach Art eines Lochstreifens und für Rollen leiterförmig ausgebildet. In beiden Fällen verbinden die Käfigstege zwei parallel zueinander verlaufende Seitenränder. Die in den flachen Ebenen loch- bzw. fensterförmig erscheinenden Lücken sind dreidimensional in Umfangsrichtung zwischen den Käfigstegen ausgebildete Taschen, in denen die Wälzkörper aufgenommen sind.The rolling elements of the rolling bearings concerned by the invention can be guided between the bearing ring with or without cage(s). A cage has one or two side edges. Cages with only one side edge are crown- and/or comb-shaped, i.e. the cage webs protrude from the side edge in the axial direction like the teeth of a crown or the prongs of a comb. The gaps between the prongs or prongs that are adjacent in the circumferential direction are the pockets in which the rolling elements are accommodated. The cages are designed in imaginary unfoldings in flat planes for balls in the manner of a perforated strip and for rollers in a ladder-shaped manner. In both cases, the cage webs connect two side edges that run parallel to one another. The gaps that appear hole- or window-shaped in the flat planes are three-dimensional pockets formed in the circumferential direction between the cage webs in which the rolling elements are accommodated.
Oft wird bei Getriebeherstellern, wie zuvor schon erwähnt, um jeden Millimeter Bauraum gekämpft. Das wirkt sich auch auf die Anforderungen an die Wälzlager aus, welche folgerichtig in möglichst axial platzsparende Bauweise ausgeführt sein sollen. Die vorgenannte Maßnahme trägt auch dazu bei, axialen Bauraum zu sparen. Dieser Vorteil ergibt sich daraus, dass die Halteelemente des Halterings den Lagerring in axialer Richtung übergreifen und radial hintergreifen. Dazu ist, wie mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, eine radialer Ringspalt zwischen dem Lagerring und dem Maschinenelement ausgebildet. Die Halteelemente greifen von einer Seite vom Ende des Lagerring aus axial in den, beispielsweise zwischen dem Außenring und dem Gehäuse ausgebildeten, Ringspalt ein. Vorhandener Bauraum wird genutzt, ohne dass der Lagerring zwecks einer Haltezone zur Befestigung der Bypass-Vorrichtung axial verlängert werden muss.As mentioned above, gearbox manufacturers often fight for every millimeter of installation space. This also affects the requirements for the rolling bearings, which consequently have to be designed in the most axially space-saving way possible. The aforementioned measure also helps to save axial installation space. This advantage arises from the fact that the holding elements of the holding ring overlap the bearing ring in the axial direction and engage radially behind it. For this purpose, as provided in one embodiment of the invention, a radial annular gap is formed between the bearing ring and the machine element. The holding elements engage axially from one side of the end of the bearing ring into the annular gap formed, for example, between the outer ring and the housing. Existing installation space is used without the bearing ring having to be extended axially for the purpose of a holding zone for fastening the bypass device.
Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- -
1 - ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 2 in einem Teilschnitt entlang der Rotationsachse 16 einer räumlichen Darstellung desWälzlagers 2; - -
2 - eine Frontalansicht desWälzlagers 2 nach1 ; - -
3 - ein Ausführungsbeispiel des Bypass-Leiters 23 mit schlaufenförmig verstickten Fasern;
- -
1 - an embodiment of a rollingbearing 2 according to the invention in a partial section along therotation axis 16 of a spatial representation of the rollingbearing 2; - -
2 - a front view of the rollingbearing 2 after1 ; - -
3 - an embodiment of thebypass conductor 23 with loop-shaped embroidered fibers;
Die Bypass-Vorrichtung 20 weist einen Halter 21, eine Haltescheibe 24, einen elektrisch leitfähigen Bypass-Leiter 23 und die Schleuderscheibe 13 auf. An einem sich radial erstreckenden Grundkörper 27 eines Halterings 22 des Halters 21 sind Halteelemente 25 ausgebildet. Der Außenring 11 ist außen mit einer Durchmesser-Stufe versehen, an der eine Außen-Sitzfläche 39 ausgebildet ist. Die zylindrisch ausgebildete Außen-Sitzfläche 39 weist einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Außenrings 11 für den Gehäusesitz. Der Außen-Sitzfläche 39 schließt sich axial eine radiale Vertiefung 40 an, welche aus umfangsseitig zueinander benachbarten Vertiefungen 40 bestehen könnte, in diesem Fall jedoch als eine Ringnut 40 ausgebildet ist. Klammern 29 der Halteelemente 25 sind radial federelastisch und werden bei der Montage auf den Überhang aufgeschoben, bewegen sich dabei elastisch nach außen, erstrecken sich axial über die Außen-Sitzfläche 39 bis zur Ringnut 40. Sie liegen dabei vorzugsweise radial an der Außen-Sitzfläche 39 an bzw. sind gegen diese radial vorgespannt.The
Der Bypass-Leiter 23 ist axial zwischen der Haltescheibe 24 und einem Grundkörper 27 des Halterings 22 eingeklemmt. In dem Wälzlager 2 besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Außenring 11 über die Klammern 29 und die Ringscheibe 22 zu dem Bypass-Leiter 23 und von dem Bypass-Leiter 23 radial auf die Schleuderscheibe 13 und von der Schleuderscheibe 13 auf den Innenring 12. Die Schleuderscheibe 13 überragt die axial durchgängigen Ausnehmungen 26 teilweise im radialen Abstand s von der Rotationsachse 16 des Wälzlagers 2. Dies ist so zu verstehen, dass der äußere Abstand s1 der Schleuderscheibe 13 größer ist, als der minimale Abstand s2 der axial durchgängigen Ausnehmung.The
BezugszeichenReference symbols
- 11
- WälzlagervorrichtungRolling bearing device
- 22
- WälzlagerRolling bearings
- 33
- --
- 44
- GehäuseHousing
- 55
- erster Lagerringfirst bearing ring
- 66
- zweiter Lagerringsecond bearing ring
- 77
- Käfigcage
- 88
- WälzkörperRolling elements
- 99
- WelleWave
- 1010
- --
- 1111
- AußenringOuter ring
- 1212
- InnenringInner ring
- 1313
- SchleuderscheibeCentrifugal disc
- 1414
- Tasche des KäfigsCage bag
- 1515
- Steg des KäfigsCage bridge
- 1616
- Rotationsachse des WälzlagersRotation axis of the rolling bearing
- 1717
- SeitenrandPage margin
- 1818
- --
- 1919
- LagerinnenraumWarehouse interior
- 2020
- Bypass-VorrichtungBypass device
- 2121
- Halter der Bypass-VorrichtungBypass device holder
- 2222
- HalteringRetaining ring
- 2323
- Bypass-LeiterBypass conductor
- 2424
- HaltescheibeRetaining disc
- 2525
- HalteelementHolding element
- 2626
- AusnehmungRecess
- 2727
- Grundkörper des HaltersBase body of the holder
- 2828
- HalteclipRetaining clip
- 2929
- Klammerbracket
- 3030
- erstes Maschinenelementfirst machine element
- 3131
- zweites Maschinenelementsecond machine element
- 3232
- KlemmelementClamping element
- 3333
- RingspaltAnnular gap
- 3434
- Dichtungseal
- 3535
- --
- 3636
- --
- 3737
- HebelarmLever arm
- 3838
- Innen-SitzflächeInterior seating
- 3939
- --
- 4040
- radiale Vertiefung, Ringnutradial recess, annular groove
- ////
- ////
- 6161
- Schlaufenförmig verstickte FasernLooped embroidered fibres
- 6262
- SchlaufenLoops
- 6363
- --
- 6464
- Konzentrisch angeordnetes FaserbündelConcentrically arranged fiber bundle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 10201524044 A1 [0005]DE 10201524044 A1 [0005]
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Date | Code | Title | Description |
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