Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung, insbesondere eine

Wälzlageranordnung mit einer Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden AxiaLbelastungen. Sie kann bei allen Arten von Axiallagern zur Erfassung auftretender Kräfte eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Gewindetrieblager in Vorschubspindeln bei Werkzeugmaschinen. Die DE 10 2009 021 469 AI zeigt eine Sensorlagereinheii umfassend ein Wälzlager mit einem an einem Lagerring angeordneten Sensorgehäuse einer integrierten Sensoreinfichtung zum Erfassen von Lagerbeiriebszuständen. Das Sensorgehäuse ist als ein an einer freien Umfangsfläche bzw. Stirnfläche eines Lagerrings anliegender Adapterring ausgebildet. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise einen Sensor zur Kraftmessung aufweisen, welcher an der Innenseite eines an einer Stirnfläche des äußeren Lagerring anliegenden Schenkels des Adapterrings angeordnet ist.

Die DE 102 50 340 AI beschreibt ein als Wälzlager ausgebildetes Kraftmesslager mit einem Lagerbauteil aus Stahl. Das Lagerbauteil kann als Lagerring eines

Radialwälzlagers bzw. Laufscheibe eines AxiaiwäSzIagers ausgebildet sein. Ein als Dickfilm ausgebildeter Dehnungsmessstreifen wird in einem gemeinsamen

Ärbeitsgang oder in getrennten Arbeitsgängen mit der Vergütungsbehandlung des Stahls auf das Stahlbauteil aufgebrannt. Der Dehnungsmessstreifen kann in einer Umfangsnut des Lagerrings bzw. an einer Stirnseite oder äußeren Umfängsfläche der Laufscheibe angeordnet sein.

Die DE 42 18 949 A1 beinhaltet ein Wälzlager mit einer Kräftmesseinrichtung. Die Kraftmesseinrichtung ist als Kraftmessfolie ausgebildet und kann mit einem der Lagerringe direkt oder mit dem Wälzlager mittelbar über ein Zwischenglied verbunden sein.

Die DE 10 2006 021 707 AI zeigt eine Lageranordnung umfassend eine mittels Wälzlager gelagerte Spindel und einen einen Spindeizapfen der Spindel ringförmig umgebenden piezoelektrischen Sensor. Der Sensor dient zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden Axialbelastungen.

Nachteilig an den verfügbaren Kraftmesssystemen auf Basis von

Dehnungsmessstreifen ist, dass sie zur Anwendung bei Gewindetnebtagern nur bedingt geeignet sind, da sie meist einen großen Bauraum benötigen und keinen ausreichend großen Durchgang für den Gewindetrieb bieten, Ringe zur Kraftmessung, welche wenig Bauraum erfordern und vom Durchmesser zu Gewindetrieblagern passen, sind zwar auf piezoelektrischer Basis bekannt aber in dieser Bauart für statische Messungen nicht geeignet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine

Wäiziageranordnung mit einer Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden AxialbeSastungen zur Verfügung zu stellen, wobei das Wälzlager insbesondere als Gewindetrieblager ausgebildet ist. Die Dehntingssensoreinrichtung sollte einen kompakten Aufbau aufweisen und wenig Bauraum erfordern. Weiterhin soll eine Anordnung umfassend eine derartige Wälzlageranordnung und eine mitteis Wälzlager gelagerte Spindel bereitgestellt werden, Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dient eine Wälzlageranordnung gemäß Anspruch 1 sowie eine Lageranordnung gemäß Anspruch 7.

Die erfindungsgemäße Wäiziageranordnung umfasst ein Wälzlager mit einem

Außenring und einem Innenring sowie einer in den Außenring integrierten oder am Außenring befestigten Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das

Wälzlager wirkenden Axialbelastüngen. Die Dehnungssensoreinrichtung weist einen ringförmigen Grundkörper auf. Erfindungswesentlich ist, dass die

Dehnungssensoreinrichtung an ihrer inneren Stirnseite mindestens ein sich in

Umfangsrichtung teiikreisförmig erstreckendes KrafteinSeitungselement aufweist. Das Krafteinleituhgselemeht ist über mindestens ein stegförrnäges Koppelelement mit dem ringförmigen Grundkörper verbunden. Die Dehnungssensoreinrichtung besitzt an ihrer äußeren, vom Wälzlager abgewandten Stirnseite mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Dehnungssensors, Die Ausnehmung erstreckt sich in Umifängsrichtung zumindest über das Krafteirileitungsele!nent. Das Koppelelement weist in radiale Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmung auf. Der ringförmige Grundkörper ist gestehest fixiert.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wälziageranordnung ist darin zu sehen, dass sich lediglich im Bereich der Ausnehmung, in dem die Messung mittels Dehnungssensor erfolgt, eine starke Dehnung einstellt. Über KrafieinSeitungselement und Koppelelement wird die Kraft gezielt in den Bereich der Ausnehmung eingeleitet. Die Steif ig keif des Gesamtsystems bleibt jedoch erhalten. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Wälzlager zur Lagerung von Vorschubspindeln dient, da bei Vorschubspindeln die Steifigkeit des gesamten Systems durch die Kraftmessung nicht negativ beeinflüssi werden sollte. Die im Bereich der Ausnehmung auftretende Dehnungsuberhöhung ermöglicht auf kleinem Bauraum eine axiale Kraftmessyng in Zug- und Druckrichtung des Lagers .

Die Dehnungssensoreinrichtung kann als separates Bauteil reaiisiert sein, welches an der Stirnseite des Außenrings befestigt ist. Die Befestigung der

Dehnungssensoreinrichtung erfolgt vorzugweise mittels mechanischer

Befestigungsrnittei, wie beispielsweise Schrauben. Die Verwendung einer

Dehnungssensoreinrichtung in Form eines separaten Rings ermöglicht eine

aufwandsarme Montage der Dehnungssensoreinrichtung an verschiedenen Lagern sowie einen Austausch nicht mehr funktionsfähiger Sensoreinrichtungen, Wälzlager und angebaute Dehnungssensoreinrichtung können bei Bedarf als eine Baueinheit ausgeliefert werden.

Alternativ kann die Dehnungssensoreinnchtung auch als integraler Randbereich des Außenrings ausgebildet sein. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass kein separates Bauteil vorgehalten werden muss, wodurch sich die Montage erleichtert. Außerdem wird in diesem Fall für die Dehnungssensoreinrichtung kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Am Außenring müssen jedoch entsprechende Modifikationen vorgenommen werden. Der Dehnungssensor der Dehnungssensoreinrichtung ist vorzugsweise als

Dehnungsmessstreifen ausgebildet. Er kann ebenso auch aus im Bereich der

Durchmesserverjüngung aufgebrachten sensorischen Schichten bestehen. Es soll jedoch keine Einschränkung auf die genannten Ausführungen des Dehnungssensors erfolgen.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die

Dehnungssensoreinrichtung zwei symmetrisch angeordnete Krafteinleitungsefemente und dementsprechend zwei Koppelelemente und zwei Äusnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Dehnungssensors auf.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst ein Wälzlager mit einem Außenring und einem Innenring, eine in den Außenring integrierte oder am Außenring befestigte Dehnungssensoreinrichtung zur Messung von auf das Wälzlager wirkenden

Äxiaibelastungen, wobei die Dehnungssensoreinrichtung einen ringförmigen

Grundkörper aufweisi sowie eine mittels Wälzlager gelagerte Spindel. Die

Dehnungssensoreinrichtung weist an ihrer inneren Stirnseite mindestens ein sich in Umfangsrächtung teilkreisförmig erstreckendes Kraftesnleitungselement auf. Das Krafteinleitungselement ist über mindestens ein siegförmiges Koppelelement mit dem ringförmigen Grundkörper verbunden. Die Dehnungssensoreinrichtung besitzt an ihrer äußeren, vom Wälzlager abgewandten Stirnseite mindestens eine Äusnehmung zur Aufnahme eines Dehnungssensors. Die Ausnehmung erstreckt sich in

Umfangsrichtung zumindest über das Krafieinleitungselement. Das Koppelelement weist in radiale Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmung auf. Der ringförmige Grundkörper ist gestelltest fixiert.

Die Lageranordnung beinhaltet gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ein Maschinengesiell zur axialen Lagerung der Spindel. Die Dehnungssensoreinrichtung ist bevorzugt an einer Stirnseite des Außenrings und einer Stirnseite des

Mäschinengestells befestigt. Zur Befestigung der Dehnungssensoreinnchtung dienen zweckmäßigerweise mechanische Befestigungsraittel, wie beispielsweise Schrauben. Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, die Lageranordnung mit einer

Auswerteeinheit auszustatten, welche mit dem Dehnungssensor verbunden ist und die vom Dehnungssensor gelieferten Daten verarbeitet. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile und Einzelheiten werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine Schniitansicht der erfsndungsgerhäßen Lageranordnung in einer

zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 zwei Perspektive Ansichten einer Dehnungssensoreinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 01 in einer ersten Ausführungsform. Die erfindungsgemäße Anordnung 01 umfasst zunächst ein Wälzlager 02 mit einem Außenring 03, einem Innenring 04 und zwischen Außenring 03 und Innenring 04 angeordnete Wälzkörper 05. Das Wälzlager ist in der gezeigten Ausführung als zweireihiges Axial-Sehrägkügellager ausgeführt. Andere geeignete Wälzlager sind natürlich möglich. Das Wälzlager 02 dient zur Lagerung einer Spindel 07. Die Spindel 07 ist vorzugweise die Gewsndespindel eines Gewindetriebs. Die Befestigung des Wälzlagers 02 auf der Spindel 07 erfolgt mittels einer Welienmutter 08.

Die Lageranordnung 01 beinhaltet weiterhin eine DehnungssensoreiFirichtung 09, die im Detail in Fig. 3 dargestellt ist Fig. 3a kann insbesondere die Ausgestaltung der äußeren Stirnseite der Dehnungssehsoreinrichtung 09 entnommen werden, welche vom Wälzlager 02 abgewandt ist. Fig. 3b zeigt insbesondere die dem Wälzlager 02 zugewandte Seite der Dehnungssensoreinrichtung 09. Die Dehnungssensoreinrichtung 09 ist an der Stirnfläche des Außenrings 03 mittels Schrauben 06 befestigt: Sie besitzt einen ringförmigen Grundkörper 10, welcher an seiner inneren Stirnseite zwei symmetrisch angeordnete Krafteinleitungselemente 12 aufweist. Die

Kraftelnieitungselemente 12 erstrecken sich in Umfangsrichtung teilkreisförmig. Sie sind über jeweils ein stegförmiges Koppelelement 13 mit dem ringförmigen

Grundkörper 10 verbunden. In die äußere, vom Wälzlager 02 abgewandte Seite des Grundkörpers 10 sind zwei Äushehmungen 14 eingebracht. Die Ausnehmungen 14 erstrecken sieh in Umfangsrichtung über die Kräftetnleitungselemente 12, Die

Koppelelemente 13 besitzen in radialer Richtung eine geringere Ausdehnung als die Ausnehmungen 14. In den Ausnehmungen 14 ist jeweils ein Dehnungssensor 15 angeordnet (siehe Fig. 1 , 2). Der Dehnungssensor 15 kann beispielsweise als

Dehnungsrnessstreifen oder in Form sensorischer Schichten, welche im Bereich der Äusnehmungen 14 aufgebracht sind, realisiert sein,

Zur Befestigung der Dehnungssensoreinrichtung 09 am Außenring 03 dienen die Schrauben 06, welche sich durch den Außenring 03 in die KrafteinSestungselemente 12 erstrecken. Die Bohrungen 16 sind mit einem entsprechenden Innengewinde versehen. Die Dehnungssensoreinrtchiung 09 befindet sich zwischen Außenring 03 und einem Maschinengestell 17. Das Maschinengestell 17 dient zur axialen Lagerung der Spindel 07. Über Schrauben 18 ist die Dehnungssensoreinrichtung 09 an der Stirnseite des Maschinengestells 17 fixiert. Zum Durchführung der Schrauben 18 sind entsprechende Bohrungen 19 in die äußere Stirnseite der Dehnungssensoreinrichtung 09 eingebracht

Die Lageranordnung 01 ist vorzugsweise mit einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) ausgestattet, welche mit dem Dehnungssensor 15 verbunden ist und die vom

Dehnungssensor 15 gelieferten Daten entsprechend verarbeitet. Über die Krafteinleitungselemente 12 wird die Kraft in die Dehnungssensoreinrichtung 09 eingeleitet, Die stegförmigen Koppelelemente 13 drücken auf die Bereiche in denen sich eise Ausnehmungen 14 befinden und erzeugen in den Ausnehmungen 14 kraftabhängige Dehnungen. Im Bereich der Krafteinleitungselemente 12 kommt es beim Auftreten von in axialer Richtung wirkenden Kräften zu einer

Dehnungsüberhöhung, welche für die Kraftmessung mittels Dehnungssensor 15 genutzt wird. Der Dehnungssensor 15 wird in Abhängigkeit von den auftretenden Kräften gedehnt und iiefert daraufhin ein MesssignaL Auf diese Weise kann die axiaie Lagerbeiastung direkt im Kraftfiuss gemessen werden, wobei insgesamt nur ein kleiner Bauraum für den Sensor benötigt wird.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansichi der erfindungsgemäßen Lageranordnung 01 in einer zweiten Ausführungsform, im Unterschied zu der bereits beschriebenen Ausführung ist die Dehnungssensoreinrichtung 09 hier nicht als separates Bauteil ausgeführt, sondern im Randbereich des Außenrings 03 integriert ausgebildet. Für die

Dehnungssensoreinrichiung 09 wird somit kein zusätzlicher Bauraiim benötigt. Fig. 3 zeigt zwei Perspektive Ansichten der Dehnungssensoreinrichtung 09. Gut erkennbar ist hier vor allem das stegförmige Koppelelement 13, weiches sich zwischen dem Krafteinieitungselement 12 und dem ringförmigen Grundkörper 10 erstreckt. Im dargesteilten Beispiel besteht das Krafteinieitungselement 12 aus zwei Teilkreisabschnitten, die sich achssymmetrisch gegenüberliegen, wodurch beim Einleiten axialer Kräfte ein Verkanten des Lagers vermeiden wird. In abgewandeäteh Ausführungen können mehrere Teilkreisabschnitte vorgesehen sein oder ein einziges Krafteinieitungselement 12 streckt sich ggf. über den gesamten Umfang,

Bezugszeichenliste

01 Anordnung

02 Wälzlager

03 Außenring

04 Innehring

05 Wälzkörper

06 Schraube

07 Spindel

08 Weilenmutter

09 Dehnungssensoreinrichtung

10 ringförmiger Grundkörper

1 1

12 Krafteinleitungselemente

13 Koppelelement

14 Ausnehmungen

15 Dehnungssensor

16 Bohrungen

17 Maschsrtengesteli

18 Schraube

19 Bohrungen