Wälzlager oder Gleitlager mit Schwingungsdämpfung Vorliegende Anmeldung betrifft ein Wälzlager oder Gleitlager mit einem Außenring und einem Innenring, eine Wälzlager- oder Gleitlageranordnung, sowie ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen in einem Wälzlager oder Gleitlager.

In Wälzlager oder Gleitlager werden während des Betriebs bekanntermaßen oftmals Schwingungen oder Vibrationen eingetragen. Diesen Schwingungen wurde bis jetzt insofern Rechnung getragen, dass die Bauteile des Wälzlager oder Gleitlagers derart ausgebildet sind, dass sie von den Schwingungen bzw. Vibrationen möglichst nicht beschädigt werden. Dazu müssen jedoch die im Wälzlager oder Gleitlager verwendbaren Materialien und Bauteile hohen Anforderungen genügen. Dennoch führen die Schwingungen und Vib- rationen zu einem erhöhten Verschleiß und immer wieder auch zu einer direkten Beschädigung des betroffenen Wälzlagers oder Gleitlagers.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein Wälzlager oder Gleitlager bereitzustellen, das möglichst schwingungsresistent ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager oder Gleitlager gemäß Patentanspruch 1 , eine Wälzlager- oder Gleitlageranordnung gemäß Patentanspruch 8, sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Wälzlager oder Gleitlager mit zumindest einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen optional mehrere Wälzkörper angeordnet sind, bereitgestellt. Dabei basiert die Erfindung auf der Idee, an und/oder in dem Innenring und/oder an und/oder in dem Außenring und/oder an mindestens einem der optionalen Wälzkörper mindestens eine aktive Schwingungsdämpfereinheit, insbesondere ein Piezoelement, anzuordnen. Dabei kann der Außenring und/oder der Innenring auch nur als Ringsegment mit axialer und/oder radialer Teilung ausgebildet sein.

Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße aktive Schwingungsdämpfereinheit, aktiv das Wälzlager oder Gleitlager mit einer Gegenschwingung zu beaufschlagen, mit der eine in das Wälzlager oder Gleitlager eingetragene Schwingung kompensiert werden kann. Dazu wird vorzugsweise die eingetragene Schwingung detektiert, eine kompensierende Gegenschwingung berechnet und das aktive Schwingungsdämpfungselement derart angesteuert, dass es die entsprechende Gegenschwingung ausführt. Aus dem Stand der Technik sind zwar passive Schwingungsdämpfungselemente bekannt, diese können jedoch die Schwingungen und Vibrationen nur bedingt dämpfen. Zudem ist der Einbau an Wälzlager oder Gleitlagern selbst schwierig, so dass das Wälzlager oder Gleitlager selbst keine Schwingungsdämpfung erfährt, sondern nur die sich über das Wälzlager oder Gleitlager gegeneinander drehenden Elemente.

Die erfindungsgemäße aktive Schwingungsdämpfereinheit am Wälzlager oder Gleitlager selbst dagegen reduziert nicht nur einen Schwingungseintrag auf die über das Wälzlager oder Gleitlager verbundenen Elemente, sondern ermöglicht gleichzeitig eine Schwingungsdämpfung am Lager selbst, was zu einer besonders großen Laufruhe führt. Gleichzeitig werden Beschädigungen des Wälzlager oder Gleitlagers aufgrund von Schwingungen zuverlässig verhindert.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine aktive Schwingungsdämpfereinheit dabei integral mit dem Außenring und/oder dem Innenring ausgebildet. Da Schwingungen insbesondere vom Außenring auf den Innenring bzw. umgekehrt übertragen werden, kann eine aktive Einleitung von Gegenschwingungen am Außenring bzw. Innenring, die am Wälzlager oder Gleitlager entstehenden Schwingungen direkt reduzieren bzw. kompensieren.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die aktive Schwingungsdämpfereinheit bei einem Wälzlager auch in einem die mehreren Wälzkörper umfassenden Lagerkäfig angeordnet sein. Wie Innenring und Außenring ist auch der Lagerkäfig selbst Übertragungsstelle für Schwingungen, so dass die direkte Anordnung der aktiven Schwingungsdämpfereinheit eine gute Schwingungsdämpfung bereitstellt. Dabei kann auch der Käfig als Käfigsegement ausgebildet sein.

Alternativ oder zusätzlich kann das Wälzlager oder Gleitlager zudem einen Abstandsring aufweisen, wobei die mindestens eine aktive Schwingungsdämpfereinheit in und/oder an dem Abstandsring angeordnet ist.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die aktive Schwingungsdämpfereinheit mindestens einen Aktuator zur Erzeugung einer Schwingung auf, wobei der Aktuator vorzugsweise ein Piezoaktuator ist. Der in der Schwingungsdämpfereinheit angeordnete Aktuator sorgt dabei aktiv für die Erzeugung der Gegenschwingung des Wälzlager- oder Gleitlagerbauteils mit der Schwingungsdämpfereinheit. Das bedeutet beispielsweise, dass, bei Detektion einer Schwingung in einem Außenring mit einer aktiven Schwingungsdämpfereinheit, der Aktuator der Schwingungsdämpfereinheit eine zu der Schwingung passende Gegenschwingung in dem Außenring erzeugt, so dass sich die beiden Schwingungen kompensieren. Vorzugsweise sind dafür Piezoaktuatoren besonders geeignet, da mit ihnen entsprechende Gegenschwingungen schnell und präzise ausgebildet werden können.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die gesamte aktive Schwingungsdämpfereinheit als Piezoelement ausgebildet, das vorzugsweise in schwingungsbedingter verformungskraftübertragender Verbindung an/in dem Innenring und/oder an/in dem Außenring angeordnet ist. Piezoelemente haben den Vorteil, dass sie direkt in den Bauteilen, beispielsweise dem Innen- oder Außenring, angeordnet werden können und diese mit einer Gegenschwingung beaufschlagen können. Des Weiteren sind sie leicht ansteuerbar und bieten ein breites Spektrum an ausführbaren Schwingungen. Zudem können die Schwingungen aktiv„angeschaltet" bzw.„ausgeschaltet" werden, so dass kein unerwünschter Schwingungseintrag über ein Nachschwingen der Schwingungsdämpfereinheit erfolgt.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Schwingungsdämpfereinheit weiterhin einen Sensor auf, der dazu ausgelegt ist, eine Schwingung zu de- tektieren, wobei vorzugsweise der Sensor als Spannungsdetektor ausgebildet ist, der eine bei Verformung des Piezoelements entstehende Spannung detektiert.

Um gezielt eine Gegenschwingung festzulegen, ist es vorteilhaft, zuerst die eingetragene Schwingung zu analysieren. Dies wird vorteilhafterweise mittels des Sensorelements durchgeführt. Dabei kann beispielsweise die von der Schwingung induzierte Verformung des Piezoelements über die vom Piezoelement erzeugte Spannung gemessen werden, die wiederum als Basis für die Berechnung der Gegenschwingung verwendet wird. Alternativ kann ein weiteres Element zur Schwingungsdetektion vorgesehen sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt vorliegender Erfindung wird eine Wälzlager- oder Gleitlageranordnung mit einem Wälzlager oder Gleitlager, wie oben beschrieben, und mit einer aktiven Schwingungsdämpfereinheit bereitgestellt, wobei die aktive Schwingungsdämpfereinheit in Wirkverbindung mit einer Steuereinheit steht. Dabei ermöglicht die Steuereinheit sowohl ein Auswerten der Messgrößen des Sensorelements und damit der detektierten Schwingung, als auch ein Festlegen der dazu komplementären Gegenschwingung, sowie ein Ansteuern des aktiven Schwingungsdämpferelements zum Erzeugen der festgelegten Gegenschwingung. Dabei ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Steuereinheit den Aktuator der Schwingungseinheit derart ansteuert, dass über die Steuereinheit eine Schwingung in der aktiven Schwingungsdämpfereinheit induzierbar ist. Dabei kann die Steuereinheit insbesondere eine Spannungsquelle aufweisen, die eine Spannung an dem erfindungsgemäßen Piezoelement anlegt, so dass dieses verformt wird und dadurch der Schwingung entgegenwirkt.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Spannungsquelle auch als Spannungsspeicher, beispielsweise als Kondensator, ausgebildet sein, der nicht nur dazu ausgelegt ist, eine Spannung zu erzeugen, sondern auch, eine Spannung zu speichern. Dadurch kann die aktive Schwingungsdämpfereinheit, insbesondere das Piezoelement, al- ternativ dazu verwendet werden, eine in das Wälzlager oder Gleitlager eingetragene

Schwingung in Strom bzw. Spannung zu verwandeln, die dann in dem Kondensator gespeichert wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass beispielsweise nur dann eine Gegenschwingung erzeugt wird, wenn eine Amplitude bzw. Frequenz der eingetragenen Schwingung in einem bestimmten kritischen Bereich liegt. So kann beispielsweise das Wälzlager oder Gleitlager während nicht kritischer Schwingungszustände als stromproduzierendes Element ausgebildet sein, während bei kritischen Schwingungszuständen, beispielsweise im Bereich von Resonanzschwingungen, eine aktive Schwingungsdämpfung über die Erzeugung einer Gegenschwingung bereitgestellt wird.

Zudem kann auch die erzeugte und gespeicherte Energie an anderer Stelle nutzbar gemacht werden, beispielsweise zum Betreiben der verschiedenen Sensoren.

Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen einer Schwingung in einem Wälzlager oder Gleitlager bzw. eine Wälzlager- oder Gleitlageranordnung, wie oben beschrieben, wobei das Verfahren in einem ersten Schritt eine Schwingung des Wälzlagers oder Gleitlagers, vorzugsweise mittels des Sensorelements detektiert, daraufhin eine Gegenschwingung, vorzugsweise mittels des Steuerelements bestimmt wird, und über Ansteuern beispielsweise eines Aktuators der aktiven Schwingungseinheit eine Gegenschwingung erzeugt wird, die als Gegenschwingung in das Wälzlager oder Gleitlager eingetragen wird.

Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Wälzlager oder Gleitlager mit einer als Piezo- element ausgebildeten Schwingungsdämpfereinheit ausgestattet ist. Dabei wird eine aktive Schwingungsdämpfung erfindungsgemäß dadurch erzeugt, dass eine durch eine Schwingung des Innenrings und/oder des Außenrings und/oder optional des mindestens einem Wälzkörpers verursachte Verformungskraft auf das Piezoelement wirkt. Die durch die Verformungskraft erzeugte Spannung wird, vorzugsweise mittels des Spannungsdetektors, detektiert an das Steuerelement übergeben, das daraus die eingetragene Schwingung bestimmt und eine Gegenschwingung festlegt. Anschließend wird wiederum über das Anlegen einer zu der Gegenschwingung gehörenden Spannung an das Piezoelement eine Gegenverformung des Piezoelements erzeugt, so dass diese Gegenverformungskraft des Pie- zoelements auf den Innenring und/oder Außenring und/oder optional den mindestens einen Wälzkörper übertragen wird, und so der Gegenschwingung entgegenwirkt.

Dabei ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Erzeugung der Gegenschwingung nur dann ausgeführt wird, wenn Schwingungen detektiert werden, deren Frequenz und/oder

Amplitude einen bestimmten Schwellenwert über- und/oder unterschreiten und/oder in einem bestimmten Bereich liegen. Wie oben bereits erwähnt, können dadurch Resonanz- Schwingungen verhindert werden, während die in das Wälzlager oder Gleitlager eingetragenen unkritischen Schwingungen zur Erzeugung von Strom aufgrund der Spannungsänderung am Piezoelement verwendet werden können.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren definiert.

Im Folgenden soll das Prinzip der Erfindung anhand von in den Figuren gezeigten Ausfüh- rungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Schutzbereich der Anmeldung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.

Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers;

Fig. 2: eine schematische Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers;

Fig. 3: eine schematische Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers;

Fig. 4: eine schematische Prinzipdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers;

Fig. 5: eine schematische Darstellung des in Fig. 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlager oder Gleitlagers im Detail;

Fig. 6: eine schematische Prinzipdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers; und

Fig. 7: eine schematische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Gleitlagers.

Im Folgenden werden gleiche bzw. funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wälzlageranordnung 1 mit einem Wälzlager 2, das einen Innenring 4 und einen Außenring 6 und dazwischen angeordnete Wälzkörper 8 aufweist. Dabei sorgt das Wälzlager 2 für eine drehende Bewegung eines ersten Bau- teils 10, beispielsweise einer Welle, innerhalb eines zweiten Bauteils 12, beispielsweise einer Hülse, wobei die Welle 10 drehfest mit dem Innenring 4 und die Hülse 12 drehfest mit dem Außenring 6 verbunden sind. Die Wälzkörper 8 selbst können wiederum in einem Käfig 14 angeordnet sein, der die einzelnen Wälzkörper 8 in bekannter Weise voneinander beabstandet. Dabei können der Außenring 6, der Innenring 4 und/oder der Käfig 14 auch aus einem oder mehrere Segmenten ausgebildet sein. Alternativ ist auch eine Ausbildung als vollrolliges Wälzlager möglich, bei dem auf einen Käfig 14 verzichtet wird. Weiterhin sollte beachtet werden, dass die Wälzkörper jede bekannte Ausgestaltung, beispielsweise als Kugeln, Zylinder oder Tonnen aufweisen können.

Analog kann auch eine Gleitlageranordnung 11 mit einem Gleitlager 21 , wie in Fig. 7 dargestellt, verwendet werden, wobei bei einem Gleitlager 21 keine Wälzkörper 8 vorhanden sind, sondern der Außenring 6 und der Innenring 4 direkt miteinander in Kontakt stehen. Dabei kann das Gleitlager 21 mit oder ohne zwischen Außenring 6 und Innenring 4 vorge- sehenen Gleitmittel ausgebildet sein.

Gemäß beiden in Fig. 1 und Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispielen ist weiterhin an dem Außenring 6 (siehe Fig. 1) bzw. in dem Innenring 4 (siehe Fig. 7) eine erfindungsgemäße aktive Schwingungsdämpfereinheit 16 angeordnet. Prinzipgemäß ist eine aktive Schwingungsdämpfereinheit 16 wie als aktiver Schwingungstilger aufgebaut mit einem Massenelement 18, einem Federelement 20, einem Aktuator 22 und einem Dämpfer 24. Vorzugsweise ist jedoch die aktive Schwingungsdämpfereinheit 16 als Piezoelement ausgebildet, das aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften die Funktionen von Massenelement, Federelement, Dämpfer und Aktuator in sich vereinigt. Wie bekannt, kann ein Pie- zoelement bei Anlegen einer Spannung verformt werden, beziehungsweise bei Verformung eine Spannung erzeugen. Dies kann erfindungsgemäß dazu verwendet werden, um über Anlegen einer bestimmten Spannungsabfolge beziehungsweise bestimmter Spannungsimpulse eine pulsierende Verformung des Piezoelements zu erzeugen, was wiederum zu der Erzeugung beziehungsweise der Eintragung einer Schwingung in das Bauteil des Wälzla- ger oder Gleitlagers führt, an oder in dem das Piezoelement angeordnet ist.

Weiterhin zeigen Fig. 1 und Fig. 7, dass die aktive Schwingungsdämpfereinheit 16 weiterhin einen Sensor 26 aufweist, der dazu ausgelegt ist, eine an der Schwingungsdämpfereinheit 16 eingetragene Schwingung zu detektieren. Bei der Verwendung eines Piezoelements kann die Sensoreinheit 26 insbesondere als Spannungsdetektor ausgebildet sein. Da ein Piezoelement aufgrund von Schwingungen eine Verformungskraft erfährt, die wiederum zu einer Spannungsänderung am Piezoelement führt, kann diese Spannung detektiert werden.

Weiterhin weist die erfindungsgemäße Wälzlager oder Gleitlageranordnung 1 eine Steuerung 28 auf, die mit der Sensoreinheit 26 in Wirkverbindung steht und Informationen über eine eingetragene Schwingung von der Sensoreinheit 26 empfängt. Die Informationen über die Schwingung können beispielsweise in der Steuereinheit 28 verarbeitet werden, die wiederum eine Gegenschwingung berechnet, die geeignet ist, die eingetragene Schwingung zu kompensieren. Um diese Gegenschwingung zu erzeugen, steuert die Steuereinheit 28 wiederum den Aktuator 22 der aktiven Schwingungsdämpfereinheit 16 beziehungsweise das Piezoelement derart an, dass dieses in der Schwingungsdämpfereinheit 16 eine Gegenschwingung induziert. Dies kann beispielsweise analog über Antreiben der Masse 18 erfolgen, die wiederum die Schwingung über das Federelement 20 auf den Außenring 6 bzw. des Innenrings 4 überträgt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Piezoe- lements kann jedoch die Gegenschwingung über das Anlegen einer entsprechenden Spannungsabfolge an das Piezoelement erzeugt werden, die wiederum eine entsprechende Verformung des Piezoelements bedingt, so dass eine Schwingungskompensierende Gegen- Schwingung an dem Außenring 6 bzw. dem Innenring 4 erzeugt wird.

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Gegenschwingung nur dann erzeugt wird, wenn sich die ins Wälzlager 2 oder Gleitlager 21 eingetragene Schwingung in einem Resonanzbereich oder kritischen Bereich bewegt. Ist die aktive Schwingungsdämpferein- heit 16 als Piezoelement ausgebildet, kann zudem die von der Schwingung verursachte Verformung des Piezoelements eine Spannung erzeugen, die an eine mit der Steuereinheit verbundene Spannungsspeicherquelle (nicht dargestellt) abgegeben wird. Dadurch kann die erfindungsgemäße Wälzlager- oder Gleitlageranordnung 1 , 11 zum einen dazu verwendet werden, elektrische Energie mittels der während des Betriebs eingetragenen und unkri- tischen Schwingungen zu erzeugen. Liegt die eingetragene Schwingung jedoch in einem kritischen Bereich, so kann das Piezoelement, statt elektrische Energie zu erzeugen, dazu verwendet werden, die Schwingungen aktiv zu dämpfen, so dass einer Beschädigung des Wälzlager oder Gleitlagers und der umgebenden Bauteile aktiv entgegengewirkt wird. Fig. 2 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel einer Wälzlageranordnung 1 mit einem Wälzlager oder Gleitlager 2 und einer aktiven Schwingungsdämpfereinheit 16, wobei die Schwingungsdämpfereinheit 16 in dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel am Innenring 4 des Wälzlager oder Gleitlagers 2 angeordnet ist. Statt, wie in den Fig. 1 und 2 darge- stellt, die erfindungsgemäße aktive Schwingungsdämpfereinheit 16 neben den Lagerringen 4, 6 anzuordnen, ist es ebenfalls möglich, wie das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 zeigt, die aktive Schwingungsdämpfereinheit 16 direkt in dem Material des Außenrings 6 (siehe Fig. 3) oder des Innenrings 4 (siehe Fig. 4, Fig. 7) auszubilden. Dadurch können besonders kompakte Wälzlager oder Gleitlageranordnungen geschaffen werden.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Anordnung der aktiven Schwingungsdämpfereinheit 16 in einem Innenring 4, wie schematisch in Fig. 4 vorgestellt. Dabei kann, wie Fig. 5 zu entnehmen, die Schwingungsdämpfereinheit 16 mehrfach entlang des Umfangs des Innenrings 4 angeordnet sein, so dass eine besonders gute Schwingungsdämpfung erreicht wird. Dies gilt analog für eine Ausgestaltung in einem anderen Bauteil des Wälzlager oder Gleitlagers 2. Dabei kann es ausreichend sein, eine aktive Schwingungsdämpfung lediglich in den zur axialen Anordnung des Wälzlagers 2 oder Gleitlagers 21 senkrecht ausgerichteten X- und Y-Richtung des Lagerrings 4, 6 anzuordnen. Bei Schwingung des Schwingungsdämpferelements 16a in X-Richtung und des Schwingungsdämpferelements 16b in Y- Richtung können alle an den Lagerringen 4, 6 eingetragenen Schwingungen in X- bzw. Y- Richtung dargestellt und kompensiert werden. Nicht dargestellt ist die Anordnung einer Schwingungsdämpfereinheit 16 in Z-Richtung aus der Zeichenebene heraus, in deren Richtung eine Schwingungsdämpfung selbstverständlich ebenfalls möglich ist, So dass nicht nur Schwingungen in X- und Y-Richtung, sondern auch in Z-Richtung kompensiert wer- den können. Dies gilt analog für Gleitlager, wie beispielsweise in Fig. 7 dargestellt.

Selbstverständlich ist das Vorsehen der aktiven Schwingungsdämpfereinheit 16 nicht nur an ebenen Wälzlagern 2 mit zylinder- oder kegelförmigen Wälzkörpern 8 möglich, sondern, wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, kann jede beliebige Art von Wälzlager oder Gleitlager 2, beispielsweise auch ein Wälzlager oder Gleitlager mit kegelförmigen Wälzkörpern 8 mit der erfindungsgemäßen aktiven Schwingungsdämpfereinheit 16 ausgestattet sein. Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße aktive Schwingungsdämpferelement 16 eine besonders gute Schwingungsdämpfung und gleichzeitig ebenfalls eine Schwingungsdämpfung nur in bestimmten Anwendungsbereichen.

Bezugszeichenliste

1 , i i Wälzlager oder Gleitlageranordnung

2, 21 Wälzlager oder Gleitlager

4 Innenring

6 Außenring

8 Wälzkörper

10 erstes drehendes Bauteil

12 zweites drehendes Bauteil

14 Lagerkäfig

16 aktive Schwingungsdämpfereinheit

18 Massenelement

20 Federelement

22 Aktuator

24 Dämpfer

26 Sensorelement

28 Steuerung