DE102006052044A1

DE102006052044A1 - Kegelstumpfartiger Wälzkörper und Kegelrollenlagerung mit den Wälzkörpern

Info

Publication number: DE102006052044A1
Application number: DE102006052044A
Authority: DE
Inventors: Gerrit-Jan Dop; Udo Krug; Armin Olschewski; Arno Stubenrauch
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-11-04
Filing date: 2006-11-04
Publication date: 2008-05-08
Also published as: WO2008052717A1; EP2089633B1; EP2089633A1

Abstract

Bei einem kegelstumpfartigen Wälzkörper (10), der ausgehend von seinen beiden Stirnseiten mit jeweils einer Höhlung (21, 22) ausgebildet ist, verbleibt zwischen den Höhlungen (21, 22) ein mit Material des Wälzkörpers (10) ausgefüllter Zwischenbereich, dessen minimale axiale Dicke (b<SUB>min</SUB>) zwischen 20% bis 60% der axialen Wälzkörperlänge (L) ist.

Description

Die Erfindung betrift einen kegelstumpfartigen Wälzkörper und eine Kegelrollenlagerung mit den Wälzkörpern.
Anders als bei Gleitlagern wird bei Wälzlagern bekanntlich die Last unter einem Abwälzen übertragen, so dass die Reibung insbesondere auch bei niedrigen Drehzahlen und beim Anfahren gering ist. Die geringe Anlaufreibung und der Umstand, dass kein Einlaufen notwendig ist, sind insbesondere bei Fahrzeugen wichtige Vorteile. Der geringen Reibung entsprechen mit Vorteil geringe Leistungsverluste. Unter den Wälzlagern ist dabei das Kegelrollenlager ein nicht nur in Fahrzeugen weitverbreiteter Wälzlagertyp. Im Sinne eines nachhaltigen Wirtschaftens mit den verfügbaren Rohstoff- und Energiereserven wird weiterhin, und nichtausschließlich auf das Gebiet der Fahrzeuge begrenzt, nach Möglichkeiten gesucht, die Leistungsverluste weiter zu senken.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten kegelstumpfartigen Wälzkörper und damit eine verbesserte Kegelrollenlagerung mit den Wälzkörpern derart zu schaffen, so dass sich bei deren Betrieb besonders geringe Leistungsverluste ergeben.
Die Aufgabe wird hinsichtlich dem kegelstumpfartigen Wälzkörper durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Kegelrollenlagerung durch die Gegenstände der Ansprüche 13 bis 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 verbleibt bei einem kegelstumpfartigen Wälzkörper, der ausgehend von seinen beiden Stirnseiten mit jeweils einer Höhlung ausgebildet ist, zwischen den Höhlungen ein mit Material des Wälzkörpers ausgefüllter Zwischenbereich, dessen minimale axiale Dicke zwischen 20 bis 60 % der axialen Wälzkörperlänge ist.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass sich bei Ausbildung eines kegelstumpfartigen Wälzkörpers gemäß Anspruch 1, bei Aufrechterhaltung guter wälzlagertechnischer Eigenschaften, mit Vorteil eine Einsparung an Material und an Gewicht erzielen lässt. Dabei werden durch die Materialeinsparung die Rohstoffreserven geschont und infolge des geringeren, bei Betrieb zu wälzenden Gewichts der Wälzkörper, Leistungsverluste reduziert sind. Weiterhin wurde erkannt, dass bei einem Unterschreiten der minimalen axialen Dicke von 20 % der axialen Wälzkörperlänge sich die wälzlagertechnischen Eigenschaften inakzeptabel verschlechtern. Andererseits wurde erkannt, dass die minimale axiale Dicke nicht größer als 60 % der axialen Wälzkörperlänge sein soll, da dies hinsichtlich Material- und Gewichtseinsparung kontraproduktiv wäre und weiterhin beim Abrollen des Wälzkörpers auf einer entsprechenden Abrollfläche an den Übergangsbereichen vom Außenmantel des Wälzkörpers hin zu seinen Stirnseiten unerwünscht hohe mechanische Spannungsspitzen auftreten würden. Dadurch, dass die Höhlungen eine gewisse Tiefe aufweisen und die Höhlungen in ihrem im wesentlichen zylindrischen Bereich einen Durchmesser zwischen 40 % bis 70 % des Wälzkörperaußendurchmessers an der die Öffnung der jeweiligen Höhlung beinhaltenden Stirnseite aufweisen bzw. eine Wandstärke des Wälzkörpers im Bereich der Höhlungen zwischen 15 % und 30 % des Wälzkörperaußendurchmessers an der die Öffnung der jeweiligen Höhlung beinhaltenden Stirnseite ist, werden besagte unerwünschte Spannungsspitzen dadurch verhindert, dass die axialen Enden des Wälzkörpers eine gewisse Einfederungsmöglichkeit nach innen hin aufweisen. Weiterhin ist zur Verhinderung besagter unerwünschter Spannungsspitzen der Wälzkörper in seinen Übergangsbereichen vom Außenmantel hin zu seinen Stirnseiten mit Verrundungen ausgebildet, die an die jeweilige Belastungsanforderung entsprechend angepasst ausgebildet sein können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.
Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch einen kegelstumpfartigen Wälzkörper 10. Dabei ist der Wälzkörper 10 ausgehend von seinen beiden Stirnseiten mit Höhlungen 21 und 22 ausgebildet. Zwischen den beiden Höhlungen 21 und 22 verbleibt ein mit Material des Wälzkörpers 10 ausgefüllter Zwischenbereich, dessen minimale axiale Dicke b_min ca. 25 % der axialen Wälzkörperlänge L ist. Gemäß dem allgemeinen Grundgedanken der Erfindung ist dabei besagte minimale axiale Dicke b_min zwischen 20 bis 60 %, insbesondere zwischen 20 und 40 % der axialen Wälzkörperlänge L ausgebildet.
Der Wälzkörper 10 ist dabei materialeinheitlich und einstückig insbesondere aus einem Stahl oder Keramik ausgebildet. Die Höhlungen 21 und 22 sind zum Zwischenbereich hin sphärisch ausgebildet, wobei die Höhlung 22 am durchmessergrößeren axialen Ende des Wälzkörpers 10 tiefer ausgebildet ist als die Höhlung 21 am durchmesserkleineren axialen Ende des Wälzkörpers 10.
Die Höhlung 21 ist dabei in ihrem im wesentlichen zylindrischen Bereich mit einem Durchmesser d₁ ausgebildet, der in etwa 55 % des Wälzkörperaußendurchmessers D₁ an der die Öffnung der Höhlung 21 beinhaltenden Stirnseite des Wälzkörpers 10 ist. Weiterhin ist auch der Durchmesser d₂ der Höhlung 22 in ihrem im wesentlichen zylindrischen Bereich etwa 60 % des Wälzkörperaußendurchmessers D₂ an der die Öffnung der Höhlung 22 beinhaltenden Stirnseite des Wälzkörpers 10. Weiterhin ist die Wandstärke des Wälzkörpers 10 im Bereich der Höhlungen 21 und 22 in etwa 20 % des Wälzkörperaußendurchmessers D₁ bzw. D₂. Gemäß dem allgemeinen Gedanken der Erfindung sind die Durchmesser d₁ und d₂ der Höhlungen 21 und 22 in deren im wesentlichen zylindrischen Bereich zwischen 40 bis 70 % des jeweiligen Wälzkörperaußendurchmessers D₁ bzw. D₂ und die Wandstärke des Wälzkörpers 10 ist im Bereich der Höhlungen 21 und 22 im Bereich zwischen 15 % bis 30 % des jeweiligen Wälzkörperaußendurchmessers D₁ bzw. D₂. Dadurch wird eine ausreichende Steifigkeit des Wälzkörpers 10 im Bereich der Höhlungen 21 und 22 erzielt, gleichzeitig aber zur Vermeidung der eingangs genannten, an sich unerwünschten hohen Spannungsspitzen, eine gewisse Einfederungsmöglichkeit des Wälzkörpers im Bereich der Höhlungen 21 und 22 erzielt.
Weiterhin wird zur Vermeidung der eingangs beschriebenen, an sich unerwünschten hohen Spannungsspitzen, der Wälzkörper 10 in Übergangsbereichen von seinem Außenmantel hin zu seinen Stirnseiten mit einer Verrundung ausgebildet, die von Einsatzfall zu Einsatzfall an die jeweilige Belastungsanforderung angepasst ausgebildet sein kann.
Dabei ist der Außenmantel des Wälzkörpers 10 zwischen den Übergangsbereichen zu seinen beiden Stirnseiten hin im wesentlichen eben ausgebildet und auch eine Abrollfläche für den Wälzkörper 10 ist entsprechend eben ausgebildet, so dass sich in Verbindung mit den vorausgehend beschriebenen Maßnahmen zur Vermeidung besagter Spannungsspitzen mit Vorteil eine an sich gleichmäßige mechanischen Spannungsverteilung bei Betrieb des Wälzkörpers 10 ergibt.
In anderen Ausführungsformen kann aber der Außenmantel des Wälzkörpers zwischen besagten Übergangsbereichen auch nach außen hin ausgebaucht ausgebildet sein, wobei dann auch die Abrollfläche für den Wälzkörper zum Wälzkörper hin ausgebaucht oder nach innen hin eingebaucht ausgebildet sein kann. Auch eine entsprechende Einbauchung des Außenmantels des Wälzkörpers ist in wiederum anderen Ausführungsformen denkbar, wobei dann die Abrollfläche für den Wälzkörper zum Wälzkörper hin ausgebaucht sein sollte.

Claims

Kegelstumpfartiger Wälzkörper (10), der ausgehend von seinen beiden Stirnseiten mit jeweils einer Höhlung (21, 22) ausgebildet ist, wobei zwischen den Höhlungen (21, 22) ein mit Material des Wälzkörpers (10) ausgefüllter Zwischenbereich verbleibt, dessen minimale axiale Dicke (b) zwischen 20 % bis 60 % der axialen Wälzkörperlänge (L) ist.
Wälzkörper (10) nach Anspruch 1, wobei die minimale axiale Dicke (b) zwischen 20 % und 40 % der axialen Wälzkörperlänge (L) ist.
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Durchmesser (d₁, d₂) eines im wesentlichen zylindrischen Bereichs wenigstens einer der Höhlungen (21, 22) zwischen 40 % bis 70 % des Wälzkörperaußendurchmessers (D₁, D₂) an der die Öffnung der Höhlung (21, 22) beinhaltenden Stirnseite ist.
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine mittlere Wandstärke des Wälzkörpers (10) im Bereich wenigstens einer der Höh lung (21, 22) zwischen 15 % und 30 % des Wälzkörperaußendurchmessers (D₁, D₂) an der die Öffnung der Höhlung (21, 22) beinhaltenden Stirnseite ist.
Wälzkörper (10) nach Anspruch 4, wobei die Wandstärke in im wesentlichen zylindrischen Bereich der Höhlung (21, 22) zwischen 15 und 25 % liegt.
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Höhlung (22) am durchmessergrößeren axialen Ende des Wälzkörpers (10) eine größere axiale Tiefe aufweist als die Höhlung (21) am durchmesserkleineren axialen Ende des Wälzkörpers (10).
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens eine der Höhlungen (21, 22) zum Zwischenbereich hin sphärisch ausgebildet ist.
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wälzkörper (10) in wenigstens einem Übergangsbereich von seinem Außenmantel hin zu einer seiner Stirnseiten mit einer Verrundung ausgebildet ist.
Wälzkörper (10) nach Anspruch 8, wobei die Verrundung an die jeweilige Belastungsanforderung angepasst ist.
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Wälzkörper (10) materialeinheitlich und einstückig ausgebildet ist.
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Wälzkörper (10) aus Stahl oder Keramik ausgebildet ist.
Wälzkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Außenmantel des Wälzkörpers (10) zwischen den Übergangsbereichen zu seinen beiden Stirnseiten hin im wesentlichen nach außen ausgebaucht, eben oder nach innen eingebaucht ausgebildet ist.
Kegelrollenlagerung mit Wälzkörpern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Außenmantel jedes Wälzkörpers (10) zwischen den Übergangsbereichen zu den Stirnseiten hin im wesentlichen eben ist und wenigstens eine der beiden zugehörigen Abrollflächen für die Wälzkörper (10) eben oder zu den Wälzkörpern (10) hin ausgebaucht ist.
Kegelrollenlagerung mit Wälzkörpern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Außenmantel jedes Wälzkörpers (10) zwischen den Übergangsbereichen zu den Stirnseiten hin im wesentlichen nach außen ausgebaucht ausgebildet ist und wenigstens eine der beiden zugehörigen Abrollflächen für die Wälzkörper (10) eben, aus- oder eingebaucht ist.
Kegelrollenlagerung mit Wälzkörpern (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Außenmantel jedes Wälzkörpers (10) zwischen den Übergangsbereichen zu den Stirnseiten hin im wesentlichen nach innen eingebaucht ausgebildet ist und wenigstens eine der beiden zugehörigen Abrollflächen für die Wälzkörper (10) zu den Wälzkörpern (10) hin ausgebaucht ist.