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WO2007071229A1 - Wälzlager mit verbesserter bordgeometrie - Google Patents

Wälzlager mit verbesserter bordgeometrie Download PDF

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WO2007071229A1
WO2007071229A1 PCT/DE2006/002185 DE2006002185W WO2007071229A1 WO 2007071229 A1 WO2007071229 A1 WO 2007071229A1 DE 2006002185 W DE2006002185 W DE 2006002185W WO 2007071229 A1 WO2007071229 A1 WO 2007071229A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rolling
face
board
rolling bearing
bearing according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2006/002185
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan De Mul
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler KG filed Critical Schaeffler KG
Priority to US12/158,363 priority Critical patent/US8033737B2/en
Priority to CN2006800514121A priority patent/CN101365889B/zh
Priority to JP2008549753A priority patent/JP2009520934A/ja
Publication of WO2007071229A1 publication Critical patent/WO2007071229A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/225—Details of the ribs supporting the end of the rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/36—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers
    • F16C19/364—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
    • F16C33/366—Tapered rollers, i.e. rollers generally shaped as truncated cones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00—Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/40—Linear dimensions, e.g. length, radius, thickness, gap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/31—Wind motors

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing.
  • the present invention will be described with reference to tapered roller bearings, but it will be understood that the invention may be applied to other types of bearings such as cylindrical roller bearings or spherical roller bearings.
  • Roller bearings are known from the prior art, which have lateral rims with respect to a raceway to accommodate axial load components.
  • Cylindrical roller bearings with flat roller end surfaces and flat rim surfaces are known from the prior art. These bearings lead to an edge run of the rolling body relative to the board. The consequence of such edge run is a reduced life of the bearing.
  • the rolling bearing according to the invention has at least one bearing ring and a plurality of rolling elements, wherein the bearing ring has a raceway for the rolling elements and at least one lateral board for the axial guidance of the rolling elements.
  • the rolling element has an end face facing the board and the board has an on-board running surface facing the rolling element.
  • at least the end surface or the on-board running surface is curved in a toroidal convex manner at least in sections in the direction of the on-board running surface or the end face.
  • the bearing ring may be a bearing outer ring or a bearing inner ring.
  • the end surface of the rolling element is understood to mean its end surface, the rolling element unrolling over its lateral surface on the raceway of the bearing ring.
  • the rolling bearing has a second bearing ring and the rolling elements are arranged between the first and the second bearing ring.
  • a lateral board is preferably also arranged, and more preferably on the opposite side of the first bearing of the rolling bearing.
  • the entire end face of the rolling element has the shape of a sphere in sections, the radius of this ball lying on the axis of rotation of the rolling element
  • the toroidal curvature of the end face according to the invention does not become a ball described whose center lies on the axis of rotation of the rolling element, but by, for example, circular lines or elliptical lines whose centers are offset from the axis of rotation.
  • the centers of the toroidal curves are arranged in a circle about the axis of rotation of the rolling element.
  • ⁇ centers do not necessarily have to be centers of circles, but they may also have centers of ellipses or similarly shaped bodies.
  • a circular curvature is present in the outer region of the rolling element. In the axial section of the rolling body, this is followed by a planar central region adjoining an outer region having a predetermined radius of curvature, and a second curved region having the predetermined radius of curvature at this flat central region.
  • the opening angle between the raceway and the on-board surface is greater than 90 °.
  • a straight line is considered when determining the board opening angle, which extends in the radial direction of the rolling bearing through the beginning and the end point of the curvature.
  • a contact point results with a gap which opens progressively outwards. This creates a tribologically favorable contact. placed, which allows a favorable lubricant intake and thus a lower friction.
  • both the end face and the on-board running surface are curved at least in sections.
  • both the on-board running surface and the end face of the rolling body are embodied crowned with a predetermined torus radius. This torus radius of the two curvatures can be the same, but the two radii can vary with each other.
  • both the end face, and the on-board running surface are convexly curved in the direction of the respective other surface.
  • a particularly favorable lubricant intake can be achieved.
  • one of the two surfaces it is also possible for one of the two surfaces to be concavely curved, wherein in this case particularly preferably the corresponding convex curvature radius is smaller than the concave curvature radius.
  • the rolling bearing is selected from a group of rolling bearings which includes cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, spherical roller bearings, radial bearings, thrust bearings and the like.
  • the radius of curvature of at least the on-board running surface or the end face is at least three times as great as the diameter of the rolling body in magnitude.
  • the curvatures of the on-board running surface and the end face are such that substantially only one contact point occurs between the on-board running surface and the end face.
  • this contact point in the radial direction of the rolling element is particularly preferably at least as far apart from the axis of symmetry of the rolling element as the center of the circular line, which describes the curvature of the end face.
  • Figure 1 is a partial view illustrating the basic geometries of the rolling bearing.
  • Fig. 2 is a further partial view of the rolling bearing according to the invention.
  • 1 shows a schematic detail of a rolling bearing 1 according to the invention for illustrating the geometries.
  • the reference numeral 5 refers to a rolling element for a tapered roller bearing, but only a part of the end face 11 of this rolling element is shown.
  • the central portion 11a of the end face 11 does not run on the on-board running surface 6a of the board 6 in the embodiment shown in FIG. Therefore, the central region 11a of the end face 11 may also take substantially any other course, such as a trough in the center, instead of the rectilinear course.
  • the reference character L refers to the axis of symmetry of the rolling element 5.
  • the edge portion 11b of the end face 11 of the rolling element 5 is curved in a toroidal shape.
  • the edge region 11b of the end face 11 is curved in an essentially circular manner in axial section and has a radius of curvature p s .
  • the edge region 11b is curved convexly in the direction of the on-board surface 6a.
  • the shelf 6 or the on-board running surface 6a of the shelf 6 is likewise torus-shaped, this curvature having a radius of curvature pf.
  • Reference numeral 19 refers to a circular line on which the edge region
  • This Torusstoffticiansline 14 is spaced by the distance a with respect to the axis of symmetry L of the rolling body.
  • the rolling element shown in Rg. 1 has in any axial sectional view of the geometries shown in Fig. 1 on. This means that the circle 19 must also be rotated about the axis of symmetry L in order to describe the end face 11 in its entirety.
  • the circularly curved edge region 11b and the rectilinear central region 11a merge into one another. Since the center of the circular curvature lies on the torus midpoint line 14, a tangent to the circle 19 at point 3 would be exactly on the central portion 11 a. This creates no edge on the end face 11.
  • Reference numeral 4 denotes a central portion of the bearing ring with the raceway 4a (not shown in detail) for the rolling elements.
  • Hg. 2 shows an embodiment of a bearing according to the invention.
  • the radius of curvature of the on-board surface 6a has been selected to be infinite, that is, in the illustration shown in FIG. 2, the rim surface is substantially rectilinear. If this on-board running surface 6a is rotated about a (not shown) central axis of the bearing, a cone is formed, since in the embodiment shown in FIG. 2 the on-board surface 6a is inclined more than 90 ° relative to the central region 4 of the bearing ring.
  • the angle at which the lateral surface of this cone is inclined relative to the base of this cone results from the on-board opening angle ⁇ minus 90 °.
  • the board opening angle it is also possible to set the board opening angle at 90 °, in which case the cone merges geometrically into a plane.
  • the reference symbol b refers to the radial distance between the end point of the end face 11 and the contact point 8.
  • edge region 11b or the end face 11 could also be rectilinear and, instead, the rim surface 6a could be convexly curved in the direction of the end face 11b. It would also be possible for either the edge region 11a or the on-board surface 6a to be concave d. H. are curved inwardly, this concave curvature then by a corresponding stronger convex curvature d. H. a smaller radius of curvature of the other surface would have to be compensated.
  • the approximately Hertzian contact surface can be selected so that its major axis lies in the circumferential direction of the rolling body. In this way, a particularly favorable yield of the material section between the end face 11 and the on-board running surface 6a is achieved.
  • Figures 1 and 2 the embodiment of a tapered roller bearing is shown, but the present invention is also applicable to other types of bearings, such as cylindrical roller bearings or spherical roller bearings. In cylindrical roller bearings, the central region 4 of the bearing ring would run substantially parallel to the axis of symmetry L of the rolling element.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (2) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (5), wobei der Lagerring (2) eine Laufbahn (4a) für die Wälzkörper (5) aufweist und wenigstens einen seitlichen Bord (6) zur axialen Führung der Wälzkörper wobei der Wälzkörper (5) eine dem Bord (6) zugewandte Stirnfläche (11) und der Bord (6) eine dem Wälzkörper (5) zugewandte Bordlauffläche (6a) aufweist und wenigstens die Stirnfläche (11) oder die Bordlauffläche (6a) wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bordlauffläche (6a) oder der Stirnfläche (11) torusförmig konvex gekrümmt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlager mit verbesserter Bordgeometrie
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Kegelrollenlager beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Lagertypen wie Zylinder- rollenlagern oder Pendelrollenlagern Anwendung finden kann. Aus dem Stand der Technik sind Rollenlager bekannt, welche bezüglich einer Laufbahn seitliche Borde aufweisen, um axiale Belastungskomponenten aufzunehmen. Dabei sind aus dem Stand der Technik Zylinderrollenlager mit ebenen Rollenstirnflächen und ebenen Bordflächen bekannt. Diese Lager führen zu einem Kantenlauf des Wälzkörpers gegenüber dem Bord. Die Folge eines derartigen Kantenlaufs ist eine verminderte Lebensdauer des Wälzlagers.
Daneben sind aus dem Stand der Technik Zylinderrollenlager bekannt, wobei die Stirnseite der Wälzkörper eine kugelkalottenartige Form aufweist. Bei diesen Wälz- körpern ist ein Zentralbereich der Stirnflächen nicht kugelförmig sondern eben bzw. mit einer Mulde ausgebildet. Damit wird die Kontaktfläche bei diesen Wälzkörpern wenigstens an der Bordschulter gewissermaßen abgeschnitten, wodurch sich im Bordkontakt eine begrenzte axiale Belastbarkeit ergibt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen, welches gegenüber dem Stand der Technik höhere axiale Belastungen aufnehmen kann. Ein spezieller Anwendungsbereich derartiger Kegel- oder Zylinderrollenlager sind beispielsweise Windkraftge- triebe.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wälzlager nach Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Wälzlager weist wenigstens einen Lagerring und eine Vielzahl von Wälzkörpern auf, wobei der Lagerring eine Laufbahn für die Wälzkörper aufweist und wenigstens einen seitlichen Bord zur axialen Führung der Wälzkörper. Erfindungsgemäß weist der Wälzkörper eine dem Bord zugewandte Stirnfläche und der Bord eine dem Wälzkörper zugewandte Bordlauffläche auf. Dabei ist wenigstens die Stirnfläche oder die Bordlauffläche wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bordlauffläche oder der Stirnfläche torusförmig konvex gekrümmt.
Bei dem Lagerring kann es sich um einen Lageraußenring oder einen Lagerinnenring handeln. Unter der Stirnfläche des Wälzkörpers wird im Gegensatz zur Mantelfläche dessen Endfläche verstanden, wobei der Wälzkörper über seine Mantelfläche an der Laufbahn des Lagerrings abrollt.
Vorzugsweise weist das Wälzlager einen zweiten Lagerring auf und die Wälzkörper sind zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerring angeordnet. An dem zweiten Lagerring ist bevorzugt ebenfalls ein seitlicher Bord angeordnet und zwar besonders bevorzugt an der dem ersten Bord gegenüberliegenden Seite des Wälzlagers. Während bei der aus dem Stand der Technik bekannten kugelkalottenarti- gen Krümmung die gesamte Stirnfläche des Wälzkörpers abschnittsweise die Gestalt einer Kugel hat, wobei der Radius dieser Kugel auf der Drehachse des Wälzkörpers liegt, wird die erfindungsgemäße torusförmige Krüm- mung der Stirnfläche nicht durch eine Kugel beschrieben deren Mittelpunkt auf der Drehachse des Wälzkörpers liegt, sondern durch beispielsweise Kreislinien oder Ellipsenlinien, deren Mittelpunkte von der Drehlachse versetzt sind. Genauer gesagt, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Mittelpunkte der torusförmigen Krümmungen kreisförmig um die Drehachse des Wälzkörpers angeordnet.
Dabei muss es sich nicht notwendigerweise bei diesen Mittelpunkten um Mittelpunkte von Kreisen handeln, sondern es können auch Mittelpunkte von Ellipsen oder ähnlich geformten Körpern vorliegen. Durch die erfindungsge- mäße torusförmige Krümmung wird erreicht, dass im äußeren Bereich des Wälzkörpers eine kreisförmige Krümmung vorliegt. Im Axialschnitt des Wälzkörpers schließt sich damit an einen äußeren Bereich mit einem vorgegebenen Krümmungsradius ein ebener Zentralbereich an und an diesen ebenen Zentralbereich ein zweiter gekrümmter Bereich mit dem vorgegebenen Krümmungsradius.
Dieser Sachverhalt wird unter Bezugnahme auf die Figuren noch genauer erläutert.
Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel zwischen der Laufbahn und der Bordlauffläche größer als 90°. Im Falle gleichmäßig gekrümmter Flächen wird dabei bei der Ermittlung des Bordöffnungswinkels eine Gerade betrachtet, die in radialer Richtung des Wälzlagers durch den Anfangs- und den Endpunkt der Krümmung verläuft. Durch diese Ausführungsform ergibt sich an- stelle einer Kontaktfläche zwischen der Stirnfläche des Wälzkörpers und der Bordlauffläche ein Kontaktpunkt mit einem sich nach außen progressiv öffnenden Spalt. Auf diese Weise wird ein tribologisch günstiger Kontakt her- gestellt, der einen günstigen Schmierstoffeinzug und damit eine geringere Reibung ermöglicht.
Daneben wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bordlaufflä- che und der Stirnfläche des Wälzkörpers erreicht, dass in der Umgebung des Kontakts eine effektiv runde Geometrie vorliegt und damit eine hohe Toleranz gegenüber einem Kippen oder Schränken der Rolle bewirkt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Stirnfläche als auch die Bordlauffläche wenigstens abschnittsweise gekrümmt. Besonders bevorzugt wird sowohl die Bordlauffläche als auch die Stirnfläche des Wälzkörpers ballig mit einem vorgegebenen Torusradius ausgeführt. Dieser Torusradius der beiden Krümmungen kann dabei gleich sein, die beiden Radien können jedoch auch untereinander variieren.
Bevorzugt sind sowohl die Stirnfläche, als auch die Bordlauffläche in Richtung der jeweils anderen Fläche konvex gekrümmt. Auf diese Weise kann ein besonders günstiger Schmiermitteleinzug erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, dass eine der beiden Flächen konkav gekrümmt ist, wobei in diesem Falle besonders bevorzugt der entsprechende konvexe Krümmungsradius kleiner ist als der konkave Krümmungsradius.
Bevorzugt liegt die Stirnfläche des Wälzkörpers wenigstens abstandsweise auf einer Kreislinie. Dies bedeutet, dass, wie oben erwähnt, die Krümmun- gen des Wälzkörpers im Axialschritt durch Kreislinien gebildet werden, wobei die Mittelpunkte dieser Kreislinien um einen vorgegebenen Abstand gegenüber der Drehachse des Wälzkörpers bevorzugt in Richtung der Krümmung versetzt sind. Bevorzugt wird wenigstens eine Komponente des erfindungsgemäßen Wälzlagers durch ein Hartdrehverfahren hergestellt. Durch die Anwendung des Hartdrehverfahrens ist eine kostengünstige Herstellung der genannten To- rusradien möglich.
Bevorzugt ist das Wälzlager aus einer Gruppe von Wälzlagern ausgewählt, welche Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, Radiallager, Axiallager und dergleichen enthält.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmungsradius wenigstens der Bordlauffläche oder der Stirnfläche dem Betrag nach wenigstens dreimal so groß wie der Durchmesser des Wälzkörpers. Durch diese Wahl des Krümmungsradius kann ein besonders leistungsfähiger Kontakt zwischen der Stirnfläche und der Bordlauffläche erreicht werden. Der Krümmungsradius einer der beiden Flächen kann jedoch auch unendlich sein, dass heißt, in diesem Falle kann die Krümmung durch eine gerade Linie dargestellt werden.
Genauer gesagt entsteht in dem Fall, in dem der Torusradius bei einer von beiden Flächen unendlich wird, im Axialschnitt anstelle eines ballenartigen Gebildes eine Gerade. Diese Gerade ist wiederum die Erzeugende eines Kegels der Bordlauffläche oder der Stirnfläche des Wälzkörpers, je nachdem ob die Gerade um die Symmetrieachse des Wälzkörpers oder um die Sym- metrieachse des Wälzlagers in seiner Gesamtheit gedreht wird.
Es ist jedoch auch möglich, dass anstelle einer Kegelfläche eine Ebene vorgesehen ist, falls die Bordlauffläche senkrecht zur Lagerachse ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Krümmungen der Bordlauffläche und der Stirnfläche so beschaffen, dass zwischen der Bordlauffläche und der Stirnfläche im Wesentlichen nur ein Berührpunkt auftritt. Dabei ist besonders bevorzugt dieser Berührpunkt in radialer Richtung des Wälzkör- pers wenigstens genau so weit von der Symmetrieachse des Wälzkörpers beabstandet wie der Mittelpunkt der Kreislinie, welche die Krümmung der Stirnfläche beschreibt.
Allgemein bedeutet dies, dass bevorzugt die Mittelpunkte der Kreislinien für unterschiedliche erfindungsgemäße Wälzkörper auf einer Torusmittelpunkts- linie angeordnet sind, die parallel bezüglich der Symmetrieachse des Wälzkörpers verläuft. Bezüglich dieser Torusmittelmittelpunktsline liegt der Berührpunkt in radialer Richtung des Wälzkörpers außerhalb desselben. Das bedeutet, dass eine Berühr- oder Kontaktlinie gegenüber der Torusmittel- punktslinie um einen vorgegebenen Winkel geneigt ist. Dieser Neigungswinkel liegt zwischen 0° und 30° und bevorzugt zwischen 0° und 10°.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine Teildarstellung zur Veranschaulichung der grundlegenden Geometrien des Wälzlagers; und
Fig. 2 eine weitere Teildarstellung des erfindungsgemäßen Wälzlagers. Fig. 1 zeigt eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines erfin- dungsgemäßen Wälzlagers 1 zur Veranschaulichung der Geometrien. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 5 auf einen Wälzkörper für ein Kegelrollen- lager, wobei jedoch lediglich ein Teil der Stirnfläche 11 dieses Wälzkörpers dargestellt ist.
Diese Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 5 weist einen zentralen Abschnitt 11a, sowie einen Randbereich 11b auf. In dieser Ausführungsform verläuft der zentrale Abschnitt 11a im Wesentlichen geradlinig und der Randbereich 11b gekrümmt. Das Bezugszeichen 6 bezieht sich auf einen seitlichen Bord eines Lagerrings 2, der eine Bordlauffläche 6a aufweist, die der Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 5 zugewandt ist.
Der zentrale Abschnitt 11a der Stirnfläche 11 läuft bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nicht an der Bordlauffläche 6a des Bords 6 an. Daher kann der Zentralbereich 11a der Stirnfläche 11 anstelle des geradlinigen Verlaufs auch im Wesentlichen beliebige andere Verläufe annehmen, wie beispielsweise eine Mulde im Zentrum aufweisen.
Das Bezugszeichen L bezieht sich auf die Symmetrieachse des Wälzkörpers 5. Wie eingangs erwähnt, ist der Randbereich 11b der Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 5 torusförmig gekrümmt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Randbereich 11b der Stirnfläche 11 im Axialschnitt im We- sentlichen kreisförmig gekrümmt und weist einen Krümmungsradius ps auf. Damit ist der Randbereich 11b bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform konvex in Richtung der Bordlauffläche 6a gekrümmt.
Der Bord 6 bzw. die Bordlauffläche 6a des Bords 6 ist ebenfalls torusförmig gekrümmt, wobei diese Krümmung einen Krümmungsradius pf aufweist. Das
Bezugszeichen 19 bezieht sich auf eine Kreislinie, auf der der Randbereich
11 b der Stirnfläche 11 liegt. Der Mittelpunkt dieser Kreislinie liegt auf der Torusmittelpunktslinie 14. Der Abstand zwischen der Laufbahn 4a im Bereich der Stirnfläche 11 und der Torusmittelpunktslinie 14 entspricht etwa der Höhe h der Bords.
Diese Torusmittelpunktslinie 14 ist um den Abstand a gegenüber der Symmetrieachse L des Wälzkörpers beabstandet. Der in Rg. 1 gezeigte Wälzkörper weist in jeder beliebigen axialen Schnittdarstellung die in Fig. 1 gezeigten Geometrien auf. Dies bedeutet, dass die Kreislinie 19 ebenfalls um die Symmetrieachse L gedreht werden muss, um die Stirnfläche 11 in ihrer Gesamtheit zu beschreiben. In einem Übergangsbereich bzw. -punkt 3 gehen der kreisförmig gekrümmte Randbereich 11b und der geradlinig verlaufende zentrale Bereich 11a ineinander über. Da der Mittelpunkt der kreisförmigen Krümmung auf der Torusmittelpunktslinie 14 liegt, würde eine Tangente an die Kreislinie 19 im Punkt 3 genau auf dem zentralen Abschnitt 11 a verlaufen. Damit entsteht auf der Stirnfläche 11 keine Kante.
Die Kreisradien pt und ps sind bevorzugt jeweils mindestens so groß wie der dreifache Durchmesser Dw des Wälzkörpers. Die die Radien pf und ps veranschaulichenden Pfeile legen gleichzeitig die Kontaktlinie 10 fest, die durch den Berührpunkt 8 verläuft. Diese Kontaktlinie 10 ist gegenüber der Richtung der Torusmittelpunktslinie 14 und damit auch der Richtung der Symmetrieachse L um einen Winkel μ geneigt. Durch die Wahl dieser Neigung kann damit die Lage des Berührpunktes auf der Stirnfläche im Wesentlichen frei gewählt werden. Bevorzugt liegt jedoch der Berührpunkt 8 in etwa auf der halben Höhe des Bords 6.
Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet einen Zentralbereich des Lagerrings mit der (nicht im Detail gezeigten) Laufbahn 4a für die Wälzkörper. Hg. 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagers. In diesem Falle wurde der Krümmungsradius der Bordlauffläche 6a unendlich gewählt, d. h. in der Hg. 2 gezeigten Darstellung verläuft die Bordlauffläche im Wesentlichen geradlinig. Wird diese Bordlauffläche 6a um eine (nicht ge- zeigte) Zentralachse des Lagers gedreht, so entsteht ein Kegel, da bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform die Bordlauffläche 6a gegenüber dem Zentralbereich 4 des Lagerrings um mehr als 90° geneigt ist. Der Winkel, um dem die Mantelfläche dieses Kegels gegenüber der Grundfläche dieses Kegels geneigt ist, ergibt sich dabei aus dem Bordöffnungswinkel α abzüglich 90°. Es ist jedoch auch möglich, den Bordöffnungswinkel bei 90° anzusetzen wobei in diesem Falle der Kegel geometrisch in eine Ebene übergeht. Das Bezugszeichen b bezieht sich auf den radialen Abstand zwischen dem Endpunkt der Stirnfläche 11 und dem Berührpunkt 8.
Wie eingangs erwähnt, könnte umgekehrt auch der Randbereich 11 b bzw. die Stirnfläche 11 geradlinig ausgeführt sein und anstelle dessen die Bordlauffläche 6a konvex in Richtung der Stirnfläche 11 gekrümmt sein. Auch wäre es möglich, dass entweder der Randbereich 11a oder die Bordlauffläche 6a konkav d. h. nach innen gekrümmt sind wobei diese konkave Krüm- mung dann durch eine entsprechende stärkere konvexe Krümmung d. h. einen geringeren Krümmungsradius der jeweils anderen Fläche kompensiert werden müsste.
Durch eine geeignete Wahl der Geometrien der Stirnfläche 11 und der Bord- lauffläche 6a kann die etwa Hertzsche Kontaktfläche so gewählt werden, dass deren große Achse in Umfangsrichtung des Wälzkörpers liegt. Auf diese Weise wird eine besonders günstige Ausbeute des Materialabschnitts zwischen der Stirnfläche 11 und der Bordlauffläche 6a erreicht. In den Figuren 1 und 2 ist die Ausführungsform eines Kegelrollenlagers gezeigt, die vorliegende Erfindung ist jedoch entsprechend auch auf andere Lagertypen, wie Zylinderrollenlager oder Pendelrollenlager anwendbar. Bei Zylinderrollenlagern würde der Zentralbereich 4 des Lagerrings im Wesentli- chen parallel zu der Symmetrieachse L des Wälzkörpers verlaufen.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
1 Wälzlager
2 Lagerring
3 Übergangsbereich
4 Zentralbereich des Lagerrings 2
4a Laufbahn
5 Wälzkörper
6 seitlicher Bord
6a Bordlauffläche
8 Berührpunkt
10 Kontaktlinie
11 Stirnfläche
11a zentraler Abschnitt der Stirnfläche 11
11b Randbereich der Stirnfläche 11
14 Torusmittelpunktslinie
19 Kreislinie
L Symmetrieachse des Wälzkörpers
Ps, Pf Krümmungsradius a Abstand zwischen Symmetrieachse des Wälzkörpers 5 und
Torusmittelpunktslinie 14 h Bordhöhe b radialer Abstand zwischen Berührpunkt 8 und Ende der
Stirnfläche
Dw Durchmesser des Wälzkörpers μ Winkel zwischen Symmetrieachse und Kontaktlinie 10 α Bordöffnungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (2) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (5), wobei der Lagerring (2) eine Laufbahn (4a) für die Wälzkörper (5) und wenigstens einen seitlichen Bord (6) zur axialen Führung der Wälzkörper (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (5) eine dem Bord (6) zugewandte Stirnfläche (11) und der Bord (6) eine dem Wälzkörper (5) zugewandte Bordlauffläche (6a) aufweist und wenigstens die Stirnfläche (11) oder die Bordlaufflä- che (6a) wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bordlauffläche
(6a) oder der Stirnfläche (11 ) torusförmig konvex gekrümmt ist.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) zwischen der Laufbahn (4a) und der Bordlauffläche (6a) größer als 90° ist.
3. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stirnfläche (11) als auch die Bordlauffläche (6a) wenigstens abschnittsweise gekrümmt sind.
4. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stirnfläche (11) als auch die Bordlauffläche (6a) in Rich- tung der jeweils anderen Fläche konvex gekrümmt sind.
5. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (11 ) des Wälzkörpers (5) wenigstens abschnittsweise auf einer Kreislinie (19) liegt.
6. Wälzlager nach Anspruch (6) dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislinie einen geometrischen Mittelpunkt aufweist, der bezüglich der Symmetriesachse (L) des Wälzkörpers (5) bevorzugt in Richtung der Krümmung versetzt ist.
7. Wälzlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager aus einer Gruppe von Wälzlagern ausgewählt ist, welche Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, Radiallager, Axiallager und dergleichen enthält.
8. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius wenigstens der Bordlauffläche (6a) oder der Stirnfläche dem Betrag nach wenigstens dreimal so groß ist wie der Durchmesser (Dw) des Wälzkörpers (5).
9. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungen der Bordlauffläche (6a) und der Stirnfläche (11) so beschaffen sind, dass zwischen der Bordlauffläche (6a) und der Stirnfläche (11) im Wesentlichen nur ein Berührpunkt (8) auftritt.
10. Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Berührpunkt (8) in radialer Richtung des Wälzkörpers wenigstens genauso weit von der Symmetrieachse (L) des Wälzkörpers beabstandet ist wie der Mittelpunkt der Kreislinie (19).
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