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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, das bevorzugt in einem hybriden oder rein elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder sonstigen Nutzfahrzeuges, eingesetzt ist. Das Wälzlager dient dabei auf typische Weise zum Lagern einer Welle / Achse, die vorzugsweise mit einem Rotor eines Elektromotors gekoppelt ist oder eine Rotorwelle selbst ausbildet.
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Gattungsgemäßer Stand der Technik, der sich mit einem Abschirmen von Wechselströmen beschäftigt, ist bspw. mit der
DE 10 2009 014 753 A1 bekannt. Hierbei wird ein Lagerring mit einer Isolationsschicht, aufweisend einen Zusatzstoff, der die dielektrischen Eigenschaften der elektrischen Isolierung verbessert, zur Verfügung gestellt.
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Als Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich jedoch herausgestellt, dass die eingesetzten Wälzlager zumeist nicht auf Dauer für höherfrequente Störströme, etwa im dreistelligen MHz-Bereich, ausgelegt sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen, das einen Austritt von im Betrieb auftretenden hochfrequenten Störströmen möglichst effizient verhindert.
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Dies wird nach einem ersten Teilgedanken erfindungsgemäß anhand des Gegenstands des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist ein Wälzlager mit einem Lagerring sowie mehreren auf einer Wälzbahn des Lagerrings aufgenommenen Wälzkörpern vorgesehen, wobei in oder an dem Lagerring ein vollständig in einer Umfangsrichtung (des Lagerrings) umlaufender Ferritbereich angeordnet ist.
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Durch das Vorsehen eines solchen Ferritbereichs ist es möglich entsprechende Störfrequenzen auf wirkungsvolle Weise herauszufiltern. In Abhängigkeit des verwendeten Ferritmaterials werden hochfrequente dreistellige MHz-Störsignale herausgefiltert. Dadurch wird effektiv ein Austritt von elektromagnetischen Feldern von einer Welle einer Antriebsanordnung im Betrieb verhindert.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen zu diesem ersten Teilgedanken sind mit Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
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Für eine einfache Nachrüstbarkeit und Austauschbarkeit ist es von Vorteil, wenn der Ferritbereich als ein separat zu dem Lagerring ausgeformtes, an dem Lagerring befestigtes Ringteil ausgebildet ist. Dadurch ist der Ferritring in großer Stückzahl effizient herstellbar und einfach mit dem Lagerring verbindbar.
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In diesem Zusammenhang ist es des Weiteren zweckmäßig, wenn das Ringteil über eine formschlüssige Verbindung wieder abnehmbar an dem Langerring angebracht ist. Dadurch sind unterschiedlich ausgebildete Ferritgrößen individuell an dem Lager anbringbar.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Ferritbereich alternativ als eine Schicht, vorzugsweise eine axiale oder radiale Zwischenschicht oder eine auf einer Oberfläche des Lagerrings aufgebrachte Außenschicht / Beschichtung in oder auf dem Lagerring ein- oder aufgebracht ist. Dadurch wird das Wälzlager möglichst kompakt.
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Ist der Ferritbereich an einer axialen Stirnseite des Lagerrings angebracht, insbesondere bei einer separaten Ausbildung des Ferritbereichs zu dem Lagerring, sind bestehende Wälzlager auf einfache Weise nachrüstbar.
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Alternativ hierzu ist es auch von Vorteil, wenn der Ferritbereich an einer radial nach innen oder außen weisenden Oberfläche des Lagerrings aufgebracht / angebracht ist.
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Der vorzugsweise als Ferritring umgesetzte Ferritbereich besteht bevorzugt aus einem weichmagnetischen Ferrit, besonders bevorzugt aus einem Mangan-Zink, weiter bevorzugt aus einem Eisenpulver oder einem Nickel-Zink Material. Das Ferritmaterial bestimmt dabei den wirksamen Frequenzbereich.
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Gemäß eines zweiten Teilgedankens wird die Aufgabe auch erfindungsgemäß anhand des Gegenstands des Anspruchs 7 gelöst. Hierin ist ein Wälzlager mit einem Lageraußenring, einem Lagerinnenring sowie mehreren zwischen dem Lagerau-ßenring und dem Lagerinnenring aufgenommenen Wälzkörpern vorgesehen, wobei radial zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring, unter Ausbildung eines Entstörkondensators, ein vollständig in einer Umfangsrichtung der Lagerringe umlaufender Dielektrizitätsbereich angeordnet ist.
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Durch das Vorsehen eines solchen Entstörkondensators ist es möglich die Störströme gezielt abzuleiten.
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In diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, wenn der Dielektrizitätsbereich als ein separat zu den Lagerringen ausgeformtes Ringteil ausgebildet ist.
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Wenn der Dielektrizitätsbereich gar mehrere Ringsegmente / Ringteile aufweist, wird die Kapazität erweitert. Somit kann die Frequenz, die entstört werden soll, abgestimmt werden.
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Alternativ hierzu ist es von Vorteil, wenn der Dielektrizitätsbereich als eine Schicht auf dem Lageraußenring und/oder dem Lagerinnenring aufgebracht ist.
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Auch sind die Ausführungen der beiden Teilgedanken in weiteren Ausführungen miteinander kombiniert.
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Auch betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Elektromotor und einer durch den Elektromotor antreibbaren oder unmittelbar als eine Welle des Elektromotors ausgebildeten Triebwelle, wobei die Triebwelle über ein erfindungsgemäßes Wälzlager nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen gelagert ist.
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In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein Wälzkörperlager mit einem HF-Absorber (Ferritbereich oder Dielektrizitätsbereich) für die Bedämpfung von Hochfrequenzen auf Wellen vorgesehen. Dabei weist ein Lager in einer bevorzugten Ausführung einen Ferritring an einem Außenring, einem Innenring oder einer Stirnseite hiervon auf.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang verschiedene Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind.
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Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung eines schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Wälzlagers nach einem ersten Ausführungsbeispiel, in dem ein Ferritring an einem Lageraußenring des Wälzlagers angebracht ist,
- 2 eine Längsschnittdarstellung eines detailliert dargestellten erfindungsgemäßen Wälzlagers nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, in dem der Ferritring in einem axialen Aufnahmeraum zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring des Wälzlagers eingesetzt ist,
- 3 eine Längsschnittdarstellung eines schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Wälzlagers nach einem dritten Ausführungsbeispiel, in dem ein Entstörkondensator zwischen einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring angeordnet ist,
- 4 eine Längsschnittdarstellung eines detailliert dargestellten erfindungsgemäßen Wälzlagers nach einem vierten Ausführungsbeispiel, in dem der Entstörkondensator in einem axialen Aufnahmeraum zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring des Wälzlagers eingesetzt ist,
- 5 eine Längsschnittdarstellung eines detailliert dargestellten erfindungsgemäßen Wälzlagers nach einem fünften Ausführungsbeispiel, ähnlich zu 4 wobei eine Kapazität durch das Anbringen mehrerer Ringe und eines zwischen den Ringen aufgebrachten Dielektrikums erweitert ist, sowie
- 6 eine schematische Ansicht einer Antriebsanordnung mit einem Elektromotor und einem erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlager.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen daher ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit 1 und 2 einerseits sowie mit den 3 bis 5 andererseits sind prinzipiell anhand der Wälzlager 1 und 10 zwei unterschiedliche Teilgedanken des erfindungsgemäßen Gegenstands veranschaulicht. In Verbindung mit 6 ist zudem angedeutet, dass die Wälzlager 1, 10 jeweils in einer elektrischen Antriebsanordnung 15 eines hybriden oder rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeuges in ihrem bevorzugten Betrieb eingesetzt sind. Auch ist ein Einsatzbereich in elektrischen Antriebe allgemein vorgesehen, welche Antriebe über ein künstliches Wechselfeld (einen Umrichter) betrieben werden.
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Die elektrische Antriebsanordnung 15 ist bevorzugt zum Antreiben mehrerer Antriebsräder des Kraftfahrzeuges Bestandteil des Kraftfahrzeuges. Die Antriebsanordnung 15 weist demnach einen Elektromotor 16 auf. Der Elektromotor 16 ist mit seinem hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Rotor mit einer Triebwelle 17 drehfest verbunden. Die Triebwelle 17 ist typischerweise mittels eines Getriebes mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeuges weiter verbunden. Das jeweilige Wälzlager 1, 10 dient unmittelbar zur Lagerung dieser Triebwelle 17. Auch ist das Wälzlager 1, 10 in weiteren Ausführungen unmittelbar in einem Gehäuse des Elektromotors 16 zur Lagerung der Triebwelle 17 integriert.
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Zurückkommend auf 1 wird deutlich, dass das Wälzlager 1 gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Ferritbereich 5 ausgestattet ist. Der Ferritbereich 5 ist hier exemplarisch an einem ersten Lagerring 2 in Form eines Lageraußenrings des Wälzlagers 1 angebracht. Alternativ zu dieser Anbringung ist der Ferritbereich 5 in weiteren Ausführungen an einem zweiten Lagerring 9 in Form eines Lagerinnenrings des Wälzlagers 1 angebracht. Der erste Lagerring 2 ist relativ zu dem zweiten Lagerring 9 über (erste) Wälzkörper 4 wälzend abgestützt. Die Wälzkörper 4 sind auf einer Wälzbahn 3 des jeweiligen Lagerrings 2, 9 geführt.
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Der Ferritbereich 5 bildet in dieser Ausführung unmittelbar eine Schicht 6 im Sinn einer Oberflächenbeschichtung an dem ersten Lagerring 9 aus. Der Ferritbereich 5 ist auf einer radialen Außenseite 8 des Lagerrings 2 aufgebracht. In weiteren Ausführungsbeispielen ist es der Ferritbereich 5 auch auf einer radialen Innenseite 18 des ersten Lagerrings 2 oder an einer axialen Stirnseite 7 aufgebracht.
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Bei der alternativen Anbringung des Ferritbereichs 5 an dem zweiten Lagerring 9 (bzw. bei Ausbildung des ersten Lagerrings 2 als Lagerinnenring) ist der Ferritbereich 5 wiederum an einer radialen Außenseite, einer radialen Innenseite oder einer Stirnseite dieses zweiten Lagerrings 9 (bzw. des Lagerinnenrings) angebracht.
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Auch ist der Ferritbereich 5 in weiteren Ausführungen, nicht wie in 1 als Beschichtung, sondern wie nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der 2 erkennbar, als separat ausgeformtes Ringteil 5 umsetzbar. In dieser weiteren Ausführung ist das Ringteil 5 separat an dem zweiten Lagerring 9 befestigt. Insbesondere ist das Ringteil 5 in einem axialen Aufnahmeraum zwischen dem zweiten Lagerring 9 und dem ersten Lagerring 2 eingesetzt. Dichtelemente 19 dienen zum Abdichten des die Wälzkörper 10 aufnehmenden Zwischenraum. Des Weiteren eignet sich eine Anbringung des Ferritbereichs 5 über eine formschlüssige, wieder abnehmbare Verbindung, vorzugsweise einen Clips-Mechanismus (mittels Schnapphaken / -nasen). Besonders bevorzugt ist das Ringteil 5 dann an der Stirnseite 7 angebracht.
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In weiteren Ausführungen ist die Schicht 6 auch nicht als Oberflächenschicht sondern als Zwischenschicht innerhalb des Grundmaterials des ersten Lagerrings 2 realisiert.
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Der Ferritbereich 5 an sich ist aus einem weichmagnetischen Ferrit, d. h. einem ferrimagnetischen keramischen Werkstoff hergestellt. Besonders bevorzugt ist der Ferritbereich 5 aus einem Mangan-Zink-Ferrit realisiert, sodass er zur Filterung von Frequenzen von bis zu 20 MHz ausgelegt ist. In weiteren Ausbildungen ist der Ferritbereich 5 auch aus einem Nickel-Zink-Ferrit hergestellt, sodass gar eine Filterung von Frequenzen zwischen 20 MHz bis 400 MHz umsetzbar ist. Im Prinzip sind auch andere Materialien mit anderen Frequenzbereichen möglich.
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Mit 3 ist schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel eines weiteren Wälzlagers 10 veranschaulicht. Dieses Wälzlager 10 ist hinsichtlich seiner Lagerringe (Lageraußenring 11 und Lagerinnenring 12) sowie seiner (zweiten) Wälzkörper 13 gemäß dem Wälzlager 1 des ersten Ausführungsbeispiels umgesetzt.
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Das Wälzlager 10 der 3 weist somit einen Lageraußenring 11 sowie einen Lagerinnenring 12 auf, die über die (zweiten) Wälzkörper 13 relativ zueinander wälzgelagert sind. Erfindungsgemäß ist nun ein Dielektrizitätsbereich 14 derart zwischen dem Lageraußenring 11 und dem Lagerinnenring 12 angeordnet, dass hierdurch ein Entstörkondensator ausgebildet ist.
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Der Dielektrizitätsbereich 14 ist in dieser Ausführung als separater Ring radial zwischen dem Lageraußenring 11 und dem Lagerinnenring 12 eingesetzt.
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In weiteren Ausführungen ist der Dielektrizitätsbereich 14 jedoch auch als Beschichtung umsetzbar oder an einer anderen Position, etwa an einer axialen Stirnseite 7 (4) umsetzbar.
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In dem fünften Ausführungsbeispiel der 5 sind gar mehrere Dielektrizitätsbereich 14 durch mehrere Ringsegmente 20 ausgebildet. Die Ringsegmente 20 überlappen sich radial und sind in axialer Richtung wechselweise mit dem Lageraußenring 11 oder dem Lagerinnenring 12 verbunden. Die Dielektrizitätsbereiche 14 sind axial zwischen den sich radial überlappenden Bereichen der Ringsegmente 20 gebildet.
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In anderen Worten ausgedrückt, wird erfindungsgemäß nach einem ersten Teilgedanken ein Ferritring 5 am Lageraußenring 2 und/oder -innenring 9 integriert. Der Ferritring 5 kann als Bauteil eingebracht werden oder durch einen entsprechenden Prozess auf den Lagerring 2, 9 aufgebracht werden. Eine weitere Lösung ist z.B. das Anbringen eines Ferritrings 5 an der Stirnseite 7 des Lagers 1. Diese Variante könnte auch als Nachrüstsatz für bestehende Lager 1 ausgeführt werden. Durch einen Clip Mechanismus ist ein Austausch bzw. eine nachträgliche Befestigung von Ferritringen 5 möglich. Über den Clip Mechanismus ist auch eine Anpassung an den Frequenzbereich der Störung möglich. Zur Filterung von Frequenzen von bis zu 20 MHz eignen sich Ferritkerne aus MnZn; ab 20 MHz bis 400 MHz verwendet man NiZn. Welches Ferritmaterial zu verwenden ist, ist abhängig von der Störfrequenz.
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Nach einem zweiten Teilgedanken wird erfindungsgemäß eine Kombination aus einem Kondensator bzw. dessen Dielektrika 14, die zur Entstörung verwendet werden, und einem Lager 10 umgesetzt. Mit einem auf die Störfrequenz abgestimmtes Dielektrikum 14, das in Ringform zwischen den Lageraußenring 11 und dem -innenring 12 gebracht wird, wird ein „Kondensatorring“ geschaffen. Der „Kondensatorring“ kann dabei als Bauteil eingebracht werden oder durch einen entsprechenden Prozess auf den Lagerring 11, 12 aufgebracht werden. Eine Anpassung an den Frequenzbereich der Störung ist möglich durch die entsprechende Auswahl des Dielektrikums 14 bzw. der Kapazitätsgröße.
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Damit der wirksame Frequenzbereich optimal abgestimmt werden kann, ist eine Kombination von Ferritbereich 5 und Kondensator / Dielektrizitätsbereich 14 prinzipiell auch möglich
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- erster Lagerring
- 3
- Wälzbahn
- 4
- erster Wälzkörper
- 5
- Ferritbereich
- 6
- Schicht
- 7
- Stirnseite
- 8
- Außenseite
- 9
- zweiter Lagerring
- 10
- Wälzlager
- 11
- Lageraußenring
- 12
- Lagerinnenring
- 13
- zweiter Wälzkörper
- 14
- Dielektrizitätsbereich
- 15
- Antriebsanordnung
- 16
- Elektromotor
- 17
- Triebwelle
- 18
- Innenseite
- 19
- Dichtelement
- 20
- Ringsegment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009014753 A1 [0002]
