Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn auf weist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wälzend gela gert angeordnet sind.

Hintergrund der Erfindung

Beim Einsatz von Wälzlagern z.B. in bzw. an elektrischen Maschinen oder in nerhalb eines hybridisierten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, kann es zu ei nem Stromdurchgang kommen. Die Schaltimpulse von Umrichtern führen bei spielsweise zum Aufbau einer Spannung zwischen den Lagerringen von Wälz lagern. Diese Spannung wird durch Durchschläge immer wieder abgebaut. Un ter ungünstigen Bedingungen kommt es infolge dessen zu Stromdurchgangs schäden an Laufbahnen und Wälzkörpern. Somit besteht die Gefahr eines vor zeitigen und unerwarteten Ausfalls des Lagers und damit der gesamten elektri schen Maschine. Neben dem erhöhten Wartungsaufwand entstehen durch den Stillstand der Maschine zusätzliche Kosten.

Aus dem Stand der Technik sind ström isolierte Wälzlager bekannt, die schädli che Lagerströme unterbinden sollen. So werden beispielsweise Wälzlager mit einer Keramikisolierung am Außen- oder Innenring eingesetzt. Strom isolierte Wälzlager sind jedoch vergleichsweise teuer und werden daher nicht allzu häu fig eingesetzt. Aufgabe der Erfindung

Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zu Grunde, eine Wälzlageranordnung bereitzustellen, welche elektri schen Strom zwischen Innenring und Außenring eines Wälzlagers betriebssi cher und verschleißarm, insbesondere auch bei möglichem Axialspiel zwischen Innenring und Außenring, überträgt.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung umfassend ein Wälz lager mit einem Innenring, einem Außenring und Wälzkörpern, wobei der Innen ring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlauf bahn aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring wäl zend gelagert angeordnet sind, wobei der Innenring und der Außenring jeweils topfartig ausgebildet sind und der Innenring einen Innenringboden und der Au ßenring einen Außenringboden aufweist, die sich axial gegenüberliegend in dem Wälzlager angeordnet sind, wobei an dem Innenringboden und/oder dem Außenringboden ein Erdungselement vorgesehen ist, das den Innenring mit dem Außenring mittels eines in Axialrichtung beweglichen Kontaktelements ström leitend verbindet, wobei in dem Wälzlager ferner wenigstens eine Feder einrichtung angeordnet ist, welche eine federelastische Axialkraft derart auf das Erdungselement und/oder das Kontaktelement ausübt, dass das Kontaktele ment federkraftbewirkt axial gegen den Innenringboden und/oder den Außen ringboden bewegbar ist.

Durch diese Ausgestaltung wird gewährleistet, dass das Kontaktelement feder kraftbewirkt an dem Innenringboden und/oder Außenringboden elektrisch kon taktierend anliegt. Dadurch wird der Innenring mit dem Außenring elektrisch verbunden, so dass keine elektrischen Potentialunterschiede zwischen Innen ring und Außenring vorhanden sind. Durch die so realisierte Stromableitung wird das Wälzlager gegen Stromschä den geschützt. Zusätzlich wird im Vergleich zu den bisher bekannten Lösungen die Anzahl der Bauteile reduziert und dadurch der Montageaufwand verringert. Auch die in der Regel entstehende Verschmutzung des Wälzlagers durch einen bislang häufig eingesetzten schleifenden Erdungsring wird vermieden.

Durch die axiale Federelastizität der Federeinrichtung kann ein axiales Spiel im Betrieb des Wälzlagers betriebssicher ausgeglichen werden, da das Kontakte lement federkraftbewirkt dem axialen Spiel folgend nachgeführt wird und so den elektrisch leitenden Kontakt zwischen dem Innenringboden und dem Außen ringboden gewährleistet. Ferner kann durch die geeignete Konfiguration der axialen Federkraftwirkung sichergestellt werden, dass das Kontaktelement mit einer stets optimalen axialen Andruckkraft am Innenringboden und/oder Außen ringboden anliegt, wodurch sich der Verschleiß des Kontaktelements auf ein Minimum reduzieren lässt.

Das Erdungselement hat die Funktion das elektrische Potential zwischen dem Innenring und dem Außenring des Wälzlagers zu überbrücken. Es kann daher an einer Erdung anliegen, jedoch auch an einem anderen beliebigen elektri schen Potential. Das Erdungselement umfasst ein Kontaktelement, dass die elektrische Kontaktierung zwischen dem Innenring und/oder Außenring sowie dem Erdungselement herstellt.

Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegen standes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nach folgend bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu übertragen. Wälzlager können insbe sondere zur Fixierung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermögli chen. Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzla- gers rollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außen ring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering. Es ist besonders be vorzugt ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Nadel-, Rollen oder Kugellager auszubilden.

Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Wel le mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings ver bunden sein, wobei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenring laufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem elektrisch leitenden metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbeson dere zweiteilig auszubilden.

Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Au ßenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem elektrisch leitenden metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehr teilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.

Die Wälzkörper können abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Ku gel oder einer Rolle aufweisen. Sie wälzen auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Au ßenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Rollenförmige Wälz körper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als La gerkugel bezeichnet. Die Wälzkörper bestehen bevorzugt aus einem elektrisch leitenden metallischen Werkstoff. Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innen ringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Ober fläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, bei spielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der In nenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschieb barkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben. Die Innenringlauf bahn ist bevorzugt elektrisch leitend ausgebildet.

Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außen ringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfah ren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Material schicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Füh rung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausfor mung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axia le Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben. Die Außenringlaufbahn kann insbesondere auch elektrisch leitend ausgebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Federeinrichtung in dem Erdungselement angeordnet ist. Somit kann das Erdungselement als eine kompakte Baueinheit ausgebildet werden.

Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass die Federeinrichtung als Spiralfeder ausgebildet ist, wodurch sich eine besonders vorteilhafte axiale Federkraftwir kung einstellen lässt. ln einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Innenringboden und/oder der Außenringboden axialfederelastisch ausgebil det sind/ist. Hierdurch kann zum einen die axiale Andruckkraft des Kontaktele ments gegenüber dem Außenringboden und/oder Innenringboden optimiert ein gestellt werden, zum anderen erfolgt ein noch besserer Axialspielausgleich. Es ist grundsätzlich denkbar, dass der axialfederelastisch ausgebildeten Außen ringboden und/oder Innenringboden zusätzlich zu einem bereits innerhalb des Erdungselements angeordneten Federelements, insbesondere einer Spiralfe der, im Wälzlager vorhanden ist. Es ist alternativ natürlich auch möglich, dass der axialfederelastisch ausgebildeten Außenringboden und/oder Innenringbo den als alleiniges Federelement im Wälzlager vorhanden ist.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass der Außenringboden und/oder der In nenringboden Aussparungen und Federstege umfasst, die derart ausgeformt sind, dass der Innenringboden und/oder der Außenringboden eine axiale Fe derelastizität aufweist. Dies wird anhand der nachfolgenden Ausführungsbei spiele noch näher erläutert.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass das Kontaktelement eine Rotations achse aufweist, die mit der Rotationsachse des Wälzlagers zusammenfällt. Hierdurch wird eine besonders betriebssichere und verschleißarme Anordnung des Kontaktelements bewirkt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann es bevor zugt sein, dass das Kontaktelement ein Wälzkörper ist. Durch die Verwendung eines Wälzkörpers, insbesondere eines im Wälzlager bereits vorhandenen Wälzkörpertyps, kann die Bauteilkomplexität und die Herstellkosten für die Wälzlageranordnung weiter reduziert werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass der Wälzkörper als Kontaktelement als ein Rollenwälzkörper, besonders bevorzugt als Zylinderrollenwälzkörper ausgeformt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass das Erdungselement integral, bevorzugt monolithisch, mit dem Innenring- boden und/oder dem Außenringboden ausgebildet ist. Hierdurch kann die Bau teilkomplexität und der Montageaufwand geringgehalten werden und die Lage des Erdungselements ist konstruktionsbedingt durch integrale Ausbildung ge genüber dem Innenring und/oder Außenring festgelegt.

Alternativ hierzu kann des Weiteren jedoch auch vorteilhaft sein, dass das Er dungselement als separates Bauteil mit dem Innenringboden und/oder dem Außenringboden verbunden ist. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass das Erdungselement mit einer Federvorrichtung und einem Kontaktelement vorkonfektioniert werden kann und nachfolgend als modulares Bauteil in dem Innenringboden und/oder Außenringboden montierbar sind.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass das Erdungselement einen topfförmigen Abschnitt umfasst, in dem das Kontak telement in Axialrichtung linear verschiebbar angeordnet ist, wodurch eine axia le Führung des Kontaktelements bereitgestellt wird.

Es kann ferner bevorzugt sein, dass das Kontaktelement eine Beschichtung aufweist. Diese Beschichtung kann insbesondere stromleitend ausgebildet sein. Es ist ganz besonders bevorzugt, dass die Beschichtung des Kontaktelements eine Verschleißschutzbeschichtung ist.

Es kann auch bevorzugt sein, dass der Innenringboden und/oder der Außen ringboden eine Beschichtung aufweist. Diese Beschichtung kann insbesondere stromleitend ausgebildet sein. Es ist ganz besonders bevorzugt, dass die Be schichtung des Innenringbodens und/oder des Außenringbodens eine Ver schleißschutzbeschichtung ist.

Es kann ferner bevorzugt sein, dass die Bauelemente der Wälzlageranordnung, die im Stromfluss liegen, aus gleichen Materialen ausgeformt sind, um Korrosi onsrisiken entlang des Stromflusses durch die Wälzlageranordnung zu vermin dern. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Die Zeichnun gen sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszei chen versehen. Auch können die unterschiedlichen Merkmale der verschiede nen Ausführungsbeispiele innerhalb des technisch machbaren frei miteinander kombiniert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer Querschnittsansicht,

Figur 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer Querschnittsansicht.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälzla geranordnung 1, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Au ßenring 4 und Wälzkörpern 5. Der Innenring 3 weist eine Innenringlaufbahn 6 auf und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 7. Die Wälzkörper 5 sind zwi schen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert angeordnet.

Der Innenring 3 und der Außenring 4 sind jeweils topfartig ausgebildet. Der In nenring 3 weist einen Innenringboden 8 und der Außenring 4 einen Außenring boden 9 auf, die sich axial gegenüberliegend in dem Wälzlager 2 angeordnet sind. Der Außenringboden 9 ist geschlossen ausgeführt, so dass von außen keine Partikel oder Fluide durch den Außenringboden 9 in das Wälzlager 2 ein- dringen können.

An dem Innenringboden 8 ist ein Erdungselement 10 vorgesehen, dass den In nenring 3 mit dem Außenring 4 mittels eines in Axialrichtung beweglichen Kon- taktelements 11 stromleitend verbindet. Der Innenringboden 8 weist hierzu eine Aufnahme in Form einer Öffnung auf, in der das Erdungselement 10 fixiert ist. Das Erdungselement 10 ist in der gezeigten Ausführungsform der Figur 1 als separates Bauteil mit dem Innenringboden 8 verbunden. Das Kontaktelement 11 ist als ein zylinderartiger Flohlkolben ausgebildet, dessen Mantelflächen in nerhalb des Erdungselements 10 axial verschiebbar geführt sind. Das Erdungs element 10 umfasst hierzu den topfförmigen Abschnitt 13, in dem das Kontakte lement 11 in Axialrichtung linear verschiebbar angeordnet ist.

Wie gut in Figur 1 erkennbar ist, besitzt der Innenring 3 keinen Innenringbord, so dass der Innenring 3 mit seiner Innenringlauffläche 6 gegenüber den als Wälzkörperzylinderrolle ausgebildeten Wälzkörpern 5 und dem Außenring 4 axial verschiebbar ausgebildet ist. Der Wälzkörper 5 sind in axialer Richtung durch zwei nicht näher bezeichnete Außenringborde eingefasst. Somit kann das dargestellte Wälzlager 2 eine axiale Verschiebung einer in dem Innenring 3 aufgenommenen Welle (nicht dargestellt) ausgleichen.

In dem Wälzlager 2 ist ferner eine Federeinrichtung 12 angeordnet, welche eine federelastische Axialkraft derart auf das Kontaktelement 11 ausübt, dass das Kontaktelement 11 federkraftbewirkt axial gegen den Außenringboden 9 be wegbar ist, so dass das Kontaktelement 11 federkraftbewirkt an dem Innenring boden 8 elektrisch kontaktierend anliegt.

Die als Spiralfeder ausgeführte Federeinrichtung 12 ist in dem Erdungselement 10 angeordnet und stützt sich einerseits gegen den Boden des Erdungsele ments 10 und andererseits gegen den Boden des als zylinderartigen Flohlkol ben ausgeführten Kontaktelements 11 ab. Das Kontaktelement 11 besitzt eine Rotationsachse, die mit der Rotationsachse des Wälzlagers 2 zusammenfällt.

Die Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wälz lageranordnung 1, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4 und Wälzkörpern 5. Der Innenring 3 weist auch hier eine Innen ringlaufbahn 6 auf und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 7. Die Wälz- körper 5 sind zwischen Innenring 3 und Außenring 4 wälzend gelagert ange ordnet. Der Innenring 3 und der Außenring 4 sind ebenfalls jeweils topfartig ausgebildet. Der Innenring 3 besitzt einen Innenringboden 8 und der Innenring 3 einen Innenringboden 8, die sich axial gegenüberliegend in dem Wälzlager 2 angeordnet sind.

Auch ist in dieser Ausführungsform an dem Innenringboden 8 ein Erdungsele ment 10 vorgesehen, dass den Innenring 3 mit dem Außenring 4 mittels eines in Axialrichtung beweglichen Kontaktelements 11 stromleitend verbindet. In dem Wälzlager 2 ist nun eine Federeinrichtung 12 aus dem Innenringboden 8 und/oder dem Außenringboden 9 ausgebildet, wobei der Innenringboden 8 und/oder der Außenringboden 9 axialfederelastisch ausgestaltet sind/ist.

Die aus dem Innenringboden 8 und/oder dem Außenringboden 9 gebildete Fe dereinrichtung 12 übt eine federelastische Axialkraft derart auf das Erdungs element 10 und/oder das Kontaktelement 11 aus, dass das Kontaktelement 11 federkraftbewirkt axial gegen den Innenringboden 8 und/oder den Außenring boden 9 bewegbar ist, so dass das Kontaktelement 11 federkraftbewirkt an dem Innenringboden 8 elektrisch kontaktierend anliegt.

Die Figur 2 zeigt ferner, dass der Außenringboden 9 und/oder der Innenringbo den 8 Aussparungen 14 und Federstege 15 umfasst, die derart ausgeformt sind, dass der Innenringboden 8 und/oder der Außenringboden 9 eine axiale Federelastizität aufweist.

Das Kontaktelement 11 besitzt auch in der in Figur 2 gezeigten Ausführungs form eine Rotationsachse auf, die mit der Rotationsachse des Wälzlagers 2 zu sammenfällt. Das Kontaktelement 11 ist als ein Wälzkörper 5 ausgeführt, im gezeigten Beispiel als eine Zylinderrollenwälzkörper.

Das Erdungselement 10 ist integral, bevorzugt auch monolithisch, mit dem In nenringboden 8 ausgebildet. Das Erdungselement 10 umfasst einen topfförmi- gen Abschnitt 13, in dem das Kontaktelement 11 in Axialrichtung linear ver schiebbar angeordnet ist

Es versteht sich, dass obwohl das Erdungselement 10 in den gezeigten Ausfüh- rungsformen der Figur 1 und der Figur 2 am Innenringboden 8 angeordnet ist, dass Erdungselement 10 alternativ auch am dem Außenringboden 9 angeord net sein kann, wobei dann das Kontaktelement 11 an dem Innenringboden 8 elektrisch kontaktierend anliegt. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unter scheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Bezugszeichenliste Wälzlageranordnung Wälzlager Innenring Außenring Wälzkörpern Innenringlaufbahn Außenringlaufbahn Innenringboden Außenringboden Erdungselement Kontaktelements Federeinrichtung topfförmigen Abschnitt Aussparungen Federstege