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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein bremsbares Wälzlager, welches im
Wesentlichen aus einem Innenring und einem koaxial zu diesem angeordneten
Außenring, zwischen denen ein mit magnetorheologischer Substanz
gefüllter Zwischenraum vorhanden ist und welche jeweils
mindestens eine zur funktionsbedingten Aufnahme der Wälzkörper
geeignete Laufbahn aufweisen, besteht, und sie ist insbesondere überall dort
vorteilhaft anwendbar, wo im Zusammenhang mit Wellen- oder Achsenlagerungen
Bauräume für externe Bremsen nicht vorhanden sind
oder aufwändig geschaffen, und/oder wo Bremsvorgänge
in stark schmierstoffhaltiger Umgebung realisiert werden müssen.
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Hintergrund der Erfindung
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Allgemein
bekannt sind beispielsweise Reibungsbremsen, bei denen als externes
Bauteil Bremsscheiben oder Bremstrommeln, zur Erzeugung der Bremswirkung,
zur Anwendung kommen. Dass diese Lösungen insbesondere
gekennzeichnet sind durch einen relativ sehr großen Bauraumbedarf ist
der Fachwelt ebenso bekannt wie die Tatsachen, dass sie sehr anfällig
sind gegenüber Schmierstoffen und dass ihre Bremskraft
nur äußerst schwierig einstellbar ausgeführt
werden kann.
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Insbesondere
den vorgenannten Nachteilen des großen Bauraumbedarfs,
der Schmierstoffanfälligkeit und der nur schwierig einstellbaren
Bremskraftwirkung soll durch die Lösung gemäß der
DE 10 2004 009 906
B3 begegnet werden. Deshalb wird vorgeschlagen, bei einem
Wälzlager, im Zwischenraum zwischen dem Außenring
und dem Innenring, zwischen denen die Wälzkörper
angeordnet sind, eine rheologisch aktive Substanz einzulagern, die
mit einem an der Außenseite des Außenrings angeordneten
Elektromagneten in Wirkverbindung steht derart, dass durch die Erzeugung
eines magnetischen und/oder elektrischen Feldes die Viskosität
dieser Substanz und damit der Kraftschluss zwischen den Lagerringen,
je nach Feldzustand, verändert wird. Geeignete Dichtungen
dichten den Zwischenraum nach außen ab.
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Damit
werden zwar insbesondere durch die Verwendung der ihre Viskosität
beeinflussbar veränderlichen rheologischen Substanz zumindest
ansatzweise die oben genannten Nachteile positiv beeinflusst, aber
noch immer resultieren aus dem relativ großen Bauraumbedarf
zweckbestimmte und damit eingeschränkte Einsatzmöglichkeiten
des Wälzlagers. Da außerdem diese rheologische
Substanz zugleich auch als Schmierstoff der Wälzkörper
eingesetzt ist, können durch die in dieser Substanz vorhandenen
ferritischen Partikel erhebliche Geräuschprobleme und abnormale
Verschleißerscheinungen, einhergehend mit einer stark verringerten
Lebensdauer des Wälzlagers, auftreten.
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Die
Trennung der magnetorheologischen Substanz von den Wälzlagerkörpern
wird in der im Zeitpunkt dieser Anmeldung noch unveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2006 010 618.0 vorgeschlagen.
Danach ist ein Wälzlager durch eine separate erste und
eine separate zweite Aufnahmeteileinrichtung axial verbreitert ausgebildet,
so dass durch die Verwendung von Dichtungen ein zusätzlicher
Raum entsteht, welcher sowohl die magnetorheologische Substanz als
auch ein magnetisches Element aufnimmt. Durch das Beaufschlagen
des magnetischen Elements mit Strom wird auch in diesem Fall die
Viskosität der magnetorheologischen Substanz steuerbar
verändert und eine gewünschte Bremswirkung auf
das Lager erzielt.
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Bei
dieser Lösung sind die passgenau und damit aufwändig
gefertigten, zusätzlich dem Wälzlager zugeordneten
Aufnahmeteileinrichtungen ursächlich dafür, dass
dieses Wälzlager nur mit einem verbreiterten Axialbauraum
zur Verfügung gestellt werden kann, woraus wiederum oftmals
nur zweckbestimmte und damit eingeschränkte Einsatzmöglichkeiten
resultieren.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten
Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein
Wälzlager zu konzipieren, welches einstellbar bremsbar
ist, den gleichen oder einen nur unwesentlich größeren
Bauraum wie vergleichbare Normlager benötigt und die gleiche
oder eine nur unwesentlich vergrößerte Breite
vergleichbarer Normlager aufweist sowie für nahezu alle
Einsatzzwecke vergleichbarer Normlager verwendet werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe, ausgehend von
einem bremsbaren Wälzlager gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
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Der
Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass man auch bremsbare
Wälzlager nicht oder nur unwesentlich größer
als vergleichbare Normlager ausbilden und demzufolge auch für
solche Einsatzzwecke vorsehen kann, wo der zur Verfügung
stehende Bauraum bisher solche Möglichkeiten nicht zugelassen
hat, wenn die Laufbahnen der Wälzkörper in den
Lagerringen asymmetrisch, einen großvolumigen und einen
kleinvolumigen Zwischenraum bildend, angeordnet sind, wobei zumindest
der großvolumige Zwischenraum zur Aufnahme sowohl der magnetorheologischen
Substanz als auch wenigstens eines magnetischen Elements geeignet ausgebildet
und zumindest dieser Zwischenraum nach außen mittels einer
Dichtung abgedichtet ist.
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Während
die Bildung des großvolumigen Zwischenraums innerhalb des
Wälzlagers die Möglichkeit nach sich zieht, sowohl
die magnetorheologische Substanz als auch ein magnetisches Element dort
unter zu bringen, ist es auf Grund vorteilhafter Varianten der Dichtungsanordnungen
zugleich auch möglich, die Einsatzvariabilität
des erfindungsgemäßen bremsbaren Wälzlagers
optimal zu gestalten.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten
Wälzlagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Danach
ist es gemäß Anspruch 2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlager vorgesehen, dass der nach außen
abgedichtete großvolumige Zwischenraum von den Wälzkörpern und
deren Laufbahnen mittels einer weiteren Dichtung getrennt ausgebildet
ist. Dadurch ist eine Möglichkeit geschaffen, den kleinvolumige
Zwischenraum andererseits offen auszubilden, woraus eine sehr kostengünstige,
aber für sehr viele Einsatzfälle vorteilhafte
Variante des erfindungsgemäß ausgebildeten bremsbaren
Wälzlagers zur Verfügung gestellt werden kann.
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Eine
außerordentlich vorteilhafte und eine sehr hohen Ansprüchen
gerecht werdende Variante, weil das gesamte bremsbare Wälzlager
schützend und die Wälzkörper mit Wälzlagerschmiermittel
versorgend, wird nach Anspruch 3 vorgeschlagen, wonach der nach
außen abgedichtete großvolumige Zwischenraum von
den Wälzkörpern und deren Laufbahnen mittels einer
weiteren Dichtung getrennt ausgebildet ist, der kleinvolumige Zwischenraum
ein gesondertes Wälzlagerschmiermittel aufnimmt und nach
außen mittels einer Dichtung abgedichtet ist. In diesem
Fall ist das erfindungsgemäß ausgebildete bremsbare
Wälzlager nach außen insgesamt abgedichtet, wodurch
es sich auch für den Einsatz unter schwierigen Bedingungen
eignet, und es weist zwei voneinander mittels Dichtung getrennte
flüssigkeitsdichte Zwischenräume auf, nämlich
einen großvolumigen und einen kleinvolumigen Zwischenraum. Während
der großvolumige Zwischenraum die magnetorheologische Substanz
und das magnetische Element aufnimmt, sollte der kleinvolumige Zwischenraum
mit einem Wälzlagerschmiermittel gefüllt sein,
wodurch – bekannter Maßen – die Verschleißerscheinungen
der Wälzkörper minimiert werden und die Lebensdauer
auch des erfindungsgemäß ausgebildeten bremsbaren
Wälzlagers wesentlich erhöht wird.
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Für
die Fälle, bei denen die Lebensdauer und/oder die vorgesehenen
Einsatzzwecke des erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers nicht unbedingt höchsten
Ansprüchen gerecht werden müssen, bietet sich
die zweckmäßige Weiterbildung des Wälzlagers
gemäß Anspruch 4 an. Danach geht der nach außen
abgedichtete großvolumige Zwischenraum direkt und ohne
eine weitere Dichtung in den kleinvolumigen Zwischenraum über,
und dieser ist nach außen mittels einer Dichtung abgedichtet.
Dies bedeutet, dass auch beide Zwischenräume mit der magnetorheologischen
Substanz gefüllt sind. Demzufolge kommt diese Substanz
auch direkt mit den Wälzkörpern in Wirkkontakt,
woraus zwar deren vorbeschriebene erhöhte Verschleißerscheinungen resultieren
können, zumindest aber die Einfachheit und preisgünstige
Möglichkeit der Herstellung dieser Variante rechtfertigen
auch für bestimmte Zwecke den praktischen Einsatz derart
erfindungsgemäß ausgebildeter bremsbarer Wälzlager.
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Besonders
günstige Bedingungen, insbesondere kostengünstige
Verhältnisse, ergeben sich bei einer bevorzugten Variante
des erfindungsgemäßen bremsbaren Wälzlagers,
wenn das im großvolumigen Zwischenraum und in der magnetorheologische
Substanz angeordnete magnetische Element an der Innenseite des stehenden
Lagerringes festgelegt und mittels eines elektrischen Anschluss
schaltbar ist. Im vorliegenden Fall ist das magnetische Element
vorzugsweise an der Innenseite des Außenrings festgelegt,
wobei es sich versteht, dass das magnetische Element alternativ
auch an der Innenseite des sich drehenden Lagerringes festgelegt
sein kann. Dabei kann es entweder als nahezu geschlossener oder
auch als geschlossener Ring ausgebildet sein, indem eine oder mehrere
Magnetelemente parallel zur Lagerachse am Außen- oder Innenring
befestigt werden, die axialseitig an ihren Enden entweder als mehrere
Kreisringsegmente oder als geschlossene Kreisringe ausgebildete
Flussleitbleche aufweisen, die die magnetischen Feldlinien direkt
in den Innenring lenken. Dadurch können zum einen die Feldlinien
konzentriert und damit die Bremswirkung erhöht werden und
zum anderen kann ein wählbarer Flüssigkeitsspalt
zwischen dem Lagerring und den Flussleitblechen geschaffen werden,
mit dem die Bremswirkung variabel beeinflussbar ist.
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Bei
einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen
bremsbaren Wälzlagers ist das magnetische Element dagegen
an der Innenseite der äußeren Dichtung des großvolumigen
Zwischenraumes oder an der Innenseite eines die äußere
Dichtung tragenden Dichtelements des großvolumigen Zwischenraumes
festgelegt und mittels eines elektrischen Anschlusses schaltbar.
Auch in diesem Fall versteht sich, dass das magnetische Element
wie bei der zuvor beschriebenen Variante entweder als nahezu geschlossener
oder auch als geschlossener Ring mit Flussleitblechen ausgebildet
werden kann. Dabei sieht eine zweckmäßige Weiterbildung
aller beschriebener Varianten des erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers vor, dass für das magnetische
Element vorzugsweise ein Elektromagnet zur Anwendung kommt.
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Bei
allen vorbeschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen
bremsbaren Wälzlager wird erreicht, dass mit der Beaufschlagung
des für das magnetischen Elements zur Anwendung kommenden Elektromagneten
mit Strom sich die Viskosität der magnetorheologischen
Substanz in Abhängigkeit der Stärke des sie durchsetzenden
Magnetfeldes verändert, nämlich verfestigt. Damit
wird durch den fluidinduzierten Reibschluss zwischen den sich bewegenden
Lagerringen ein Bremsverhalten erreicht, welches sehr weich sein
kann und, bedingt durch die Steuerbarkeit des Elektromagneten, hinsichtlich
der zu realisierenden Bremskraft auch einstell- und damit regelbar
ist.
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Weiterhin
ist es unter Normbreitengesichtspunkten des erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers nach einer besonders günstigen weiteren
Variante von Vorteil, dieses Wälzlager als ein Kugelrollenlager
mit der Normbreite eines vergleichbaren Kugellagers auszubilden,
wobei dessen Wälzkörper als Kugelrollen mit jeweils
zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten Seitenflächen
ausgebildet sind. Dies wird insbesondere erreicht, indem die zur
funktionsbedingten Aufnahme der Wälzkörper erforderlichen
Laufbahnen des Kugelrollenlagers derart asymmetrisch und optimal
in den jeweiligen Lagerringen angeordnet sind, dass einerseits die
geforderte Lagerfunktion gewährleistet ist und andererseits
der entstandene großvolumige Zwischenraum neben der magnetorheologischen Substanz
auch das magnetische Element aufnehmen kann, ohne dass die Gesamtbreite
des erfindungsgemäß ausgebildeten bremsbaren Kugelrollenlagers
die Normbreite eines vergleichbaren Kugellagers überschreitet.
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Insbesondere
unter dem Gesichtspunkt des Erreichens bzw. eines nur unwesentlichen Überschreitens
der Breite vergleichbarer Normlager wird nach einer weiteren zweckmäßigen
Weiterbildung des erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers vorgeschlagen, den Innen- und Außenring
eines Kugellagers dann zumindest einseitig der jeweiligen Laufbahn
der Wälzkörper axial verbreitert auszubilden,
wenn der aus der asymmetrischen Anordnung der zur funktionsbedingten
Aufnahme der Wälzkörper erforderlichen Laufbahnen
resultierende und geschaffene großvolumige Zwischenraum
noch nicht groß genug sein sollte, die magnetorheologische
Substanz und das magnetische Element aufzunehmen. Nur in diesem
Fall würde zwar das erfindungsgemäß ausgebildete
bremsbare Kugellager die Normbreite eines vergleichbaren Kugellagers
geringfügig überschreiten, wäre aber
noch immer für nahezu alle Einsatzfälle verwendbar.
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Das
erfindungsgemäß ausgebildete bremsbare Wälzlager
weist somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten
Lösungen die Vorteile auf, dass es den gleichen oder nur
einen unwesentlich vergrößerten Bauraum und die
gleiche oder nur eine unwesentlich vergrößerte
Normbreite vergleichbarer Normlager aufweist, woraus insbesondere
nahezu uneingeschränkte Verwendungs- und Einsatzmöglichkeiten
resultieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen des erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer als Kugelrollenlager ausgebildeten
ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten bremsbaren
Wälzlagers;
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2 eine
schematische Darstellung einer als Kugellager ausgebildeten zweiten
Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäß ausgebildeten bremsbaren
Wälzlagers 1, und zwar als ein bremsbares Kugelrollenlager ausgeführt.
Ebenso deutlich wie der Innenring 2 und der Außenring 3 des
Wälzlagers 1 sind die als Kugelrollen mit jeweils
zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform abgeflachten Seitenflächen
ausgebildeten Wälzkörper 4 und die asymmetrische
Anordnung der zur funktionsbedingten Aufnahme der Wälzkörper 4 vorgesehenen
Laufbahn 5 im Innenring 2 und der Laufbahn 6 im
Außenring 3 dargestellt. Durch diese asymmetrische
Anordnung der Laufbahnen 5, 6 in den Lagerringen 2, 3 wird
zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 des
Wälzlagers 1 ein großvolumiger Zwischenraum 10 und
ein kleinvolumiger Zwischenraum 11 gebildet.
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Deutlich
ist in der 1 erkennbar, dass der großvolumige
Zwischenraum 10 nach außen mittels einer Dichtung 12 und
von den Wälzkörpern 4 sowie von deren
Laufbahnen 5, 6 mittels einer weiteren Dichtung 13 getrennt,
somit einen flüssigkeitsdichten Raum bildend, ausgebildet
ist. Dieser großvolumige Zwischenraum 10 nimmt
sowohl eine magnetorheologische Substanz 7 als auch mindestens
ein magnetisches Element 8, vorzugsweise einen Elektromagneten,
auf. Andererseits ist der kleinvolumige Zwischenraum 11 mittels
der weiteren Dichtung 13, wie zuvor beschrieben, vom großvolumigen
Zwischenraum 10 getrennt und nach außen, ebenfalls
einen flüssigkeitsdichten Raum bildend, mittels der Dichtung 14 abgedichtet.
Dieser kleinvolumige Zwischenraum 11 ist, wie dargestellt,
mit einem Wälzlagerschmiermittel 15 gefüllt,
wodurch diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers 1 höchsten Qualitätsanforderungen
im praktischen Einsatz gerecht wird.
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Bei
einer anderen, nicht dargestellten Variante dieses erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers 1 kann die Dichtung 14 auch
entfallen, wodurch der kleinvolumige Zwischenraum 11 diesseits
offen ist und zumindest kein flüssiges Wälzlagerschmiermittel
aufnehmen kann.
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Das
magnetische Element 8 sollte, aus Gründen einer
sehr einfach zu realisierenden Stromversorgung, an der Innenseite
des stehenden Lagerringes 2 oder 3, hier – wie
dargestellt – des Außenringes 3, festgelegt
und mittels eines elektrischen Anschlusses 9 schaltbar
sein.
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Nach
einer weiteren Variante des erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers 1 kann dieses magnetische
Element 8 auch an der Innenseite der äußeren
Dichtung 12 oder an der Innenseite eines die äußere
Dichtung 12 tragenden Dichtelements festgelegt und mittels
eines elektrischen Anschlusses 9 schaltbar sein, was allerdings
zeichnerisch nicht dargestellt wurde.
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Es
versteht sich in diesem Zusammenhang, dass das magnetische Element 8 als
ein zumindest nahezu geschlossener Ring ausgebildet und an der Innenseite
des Außenringes 3 oder an der Innenseite der äußeren
Dichtung 12 festgelegt und mittels eines elektrischen Anschlusses 9 schaltbar
sein kann. Nahezu problemlos wird aber erreicht, dass ein die erfindungsgemäßen
Merkmale aufweisendes Kugelrollenlager mit der Normbreite eines
vergleichbaren Kugellagers ausgebildet werden kann.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäß ausgebildeten bremsbaren
Wälzlagers 1, und zwar als ein bremsbares Kugellager ausgeführt.
Deutlich ist auch hier zu erkennen, dass die im Innenring 2 und
im koaxial zu diesem angeordneten Außenring 3 des
Wälzlagers 1 vorhandenen Laufbahnen 5, 6 der
Wälzkörper 4 asymmetrisch angeordnet
sind sowie einen großvolumigen Zwischenraum 10 und
einen kleinvolumigen Zwischenraum 11 bilden. Wiederum ist
auch hier das magnetische Element 8, vorzugsweise ein Elektromagnet,
am stehenden Außenring 3 festgelegt, innerhalb
des großvolumigen Zwischenraumes 10 angeordnet
und mittels eines elektrischen Anschlusses 9 schaltbar.
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Ebenso
wird in 2 eine weitere vorteilhafte
und einfache Ausbildungsvariante eines erfindungsgemäß ausgebildeten
bremsbaren Wälzlagers 1 gezeigt, nämlich,
der großvolumige Zwischenraum 10 ist nach außen
mittels der Dichtung 12 abgedichtet, ist andererseits offen
und geht dort übergangslos und ohne abgedichtet zu sein,
in den kleinvolumigen Zwischenraum 11 über, der
wiederum nach außen mittels der Dichtung 14 abgedichtet
ist. Daraus resultiert, dass sowohl der großvolumige Zwischenraum 10 als
auch der kleinvolumige Zwischenraum 11 mit der magnetorheologischen
Substanz 7 gefüllt ist und die magnetorheologische
Substanz 7 auch mit den als Kugeln zur Anwendung kommenden
Wälzkörpern 4 in Wirkkontakt tritt.
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Auch
hier wird erreicht, dass ein die erfindungsgemäßen
Merkmale aufweisendes Kugellager mit der Normbreite eines Kugellagers
ausgebildet werden kann bzw. ist von Vorteil, dass der Innenring 2 und
der Außenring 3 zumeist nur einseitig der jeweiligen
Laufbahnen 5, 6 der Wälzkörper 4,
und dann auch nur relativ geringfügig, axial verbreitert
ausgebildet werden müssen, um einen solch großvolumigen
Zwischenraum 10 zu erhalten, der sowohl die magnetorheologische
Substanz 7 als auch mindestens ein magnetisches Element 8 aufnehmen
kann.
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Durch
die asymmetrische Anordnung der Laufbahnen 5, 6 der
Wälzkörper 4 in einem bremsbaren Wälzlager 1 ist
sowohl die Möglichkeit eines zur Aufnahme der magnetorheologischen
Substanz 7 als auch mindestens eines magnetisches Elements 8 geeigneten
großvolumigen Zwischenraumes 10 zwischen den Lagerringen 2, 3 geschaffen
als auch die Voraussetzung erfüllt, erfindungsgemäß ausgebildete
bremsbare Wälzlager 1 mit den Außenmaßen
vergleichbarer Normlager anbieten zu können.
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Es
versteht sich, dass der grundsätzliche Erfindungsgedanke
nicht an die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten
Einzelheiten gebunden ist.
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 3
- Außenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Laufbahn
- 6
- Laufbahn
- 7
- magnetorheologische
Substanz
- 8
- magnetisches
Element
- 9
- elektrischer
Anschluss
- 10
- großvolumiger
Zwischenraum
- 11
- kleinvolumiger
Zwischenraum
- 12
- Dichtung
- 13
- Dichtung
- 14
- Dichtung
- 15
- Wälzlagerschmiermittel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004009906
B3 [0003]
- - DE 102006010618 [0005]