DE102006057874B4 - Hollow roller of a cylindrical roller bearing, method for producing such a hollow roller - Google Patents
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Abstract
Hohlrolle (1) für ein Zylinderrollenlager mit Außenring und Innenring, zwischen denen als Rollen ausgebildete Wälzkörper angeordnet sind, von denen wenigstens eine Rolle als Hohlrolle (1) ausgebildet ist, welche aus zumindest zwei koaxial ineinander gepressten Rohren besteht, wobei eine innere Mantelfläche (5) eines radial äußeren Rohres vollflächig an einer äußeren Mantelfläche (4) eines radial inneren Rohrs anliegt, und bei der ein radial inneres Rohr eine Bohrung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Rohr ein Übermaß gegenüber dem radial inneren Durchmesser des radial äußeren Rohres aufweist, und dass für die Durchmesser der einzelnen Rohre in Bezug auf den Außendurchmesser DW, den Fügedurchmesser DF sowie auf den Innendurchmesser DWi der fertig gestellten Hohlrolle (1) die folgenden Verhältnisse gelten: das Durchmesserverhältnis Qi = DWi/DW der Hohlrolle (1) ist größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 0,8; das Durchmesserverhältnis Qii = DWi/DF des inneren Rohrs ist größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 0,9; das Durchmesserverhältnis Qai = DF/DW des äußeren Rohrs ist größer oder gleich 0,6 und kleiner oder gleich 0,95.Hollow roller (1) for a cylindrical roller bearing with outer ring and inner ring, between which rolling elements designed as rollers are arranged, of which at least one roller is formed as a hollow roller (1), which consists of at least two coaxially pressed into each other tubes, wherein an inner circumferential surface (5 ) of a radially outer tube over its entire surface on an outer circumferential surface (4) of a radially inner tube, and in which a radially inner tube has a bore (7), characterized in that the radially inner tube is an excess relative to the radially inner diameter of the radial has the following conditions for the diameters of the individual tubes with respect to the outer diameter DW, the joint diameter DF and the inner diameter DWi of the finished hollow roll (1): the diameter ratio Qi = DWi / DW of the hollow roll (1 ) is greater than or equal to 0.5 and less than or equal to 0.8; the diameter ratio Qii = DWi / DF of the inner tube is greater than or equal to 0.5 and less than or equal to 0.9; the diameter ratio Qai = DF / DW of the outer tube is greater than or equal to 0.6 and less than or equal to 0.95.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft eine Hohlrolle für ein Zylinderrollenlager mit Außenring und Innenring, zwischen denen als Rollen ausgebildete Wälzkörper angeordnet sind, von denen wenigstens eine Rolle als Hohlrolle ausgebildet ist, welche aus zumindest zwei koaxial ineinander gepressten Rohren besteht, wobei eine innere Mantelfläche eines radial äußeren Rohres vollflächig an einer äußeren Mantelfläche eines radial inneren Rohrs anliegt, und bei der ein radial inneres Rohr eine Bohrung aufweist.The invention relates to a hollow roller for a cylindrical roller bearing with outer ring and inner ring, between which rolling elements designed as rolling elements are arranged, of which at least one roller is designed as a hollow roller, which consists of at least two coaxially pressed into each other tubes, wherein an inner circumferential surface of a radially outer tube full contact with an outer circumferential surface of a radially inner tube, and in which a radially inner tube has a bore.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Hohlrolle.Furthermore, the invention relates to a method for producing such a hollow roller.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
In Zylinderrollenlagern und in anderen Wälzlagern erfolgt die Lastübertragung prinzipbedingt durch Wälzkörper, im Fall von Zylinderrollenlagern durch Zylinderrollen. Bei linearer oder rotierender Bewegung des Zylinderrollenlagers müssen auch die Wälzkörper bewegt werden. Diese Bewegung erfolgt beispielsweise bei Linearführungen mit der halben Geschwindigkeit der beiden Zylinderrollenlagerteile, welche bei Linearlagern üblicherweise aus Wagen und Schiene bestehen.In cylindrical roller bearings and in other roller bearings, the load transfer is principally effected by rolling elements, in the case of cylindrical roller bearings by cylindrical rollers. For linear or rotary motion of the cylindrical roller bearing and the rolling elements must be moved. This movement takes place, for example, in linear guides with half the speed of the two cylindrical roller bearing parts, which usually consist of carriage and rail in linear bearings.
Die für diese Bewegung notwendige Energie wird im Allgemeinen durch Reibkräfte übertragen. Hierfür sind entsprechende Normalkräfte zwischen den Wälzkörpern und der Laufbahn erforderlich. Sind die Normalkräfte zu gering, entsteht Schlupf zwischen den Laufflächen. Solche Schlupfzustände bewirken, dass die Rollen sich nicht mehr mit ihrer kinematischen Geschwindigkeit um ihre eigene Achse drehen und auch der Wälzkörpersatz sich nicht mehr kinematisch bewegt.The energy required for this movement is generally transmitted by frictional forces. For this purpose, appropriate normal forces between the rolling elements and the raceway are required. If the normal forces are too low, slip occurs between the treads. Such slip conditions cause the rollers no longer rotate with their kinematic speed around their own axis and the rolling element no longer moves kinematically.
Um Wälzkörper- oder auch Wälzkörpersatzschlupf zu vermeiden, ist es bekannt, ein negatives Betriebsspiel, also eine. Vorspannung, zu verwenden. Dies ist bei Kegellagern häufig der Fall, wird aber bei Nadel-, Zylinderrollen- und Pendelrollenlagern seltener genutzt, da dies zu anderen Nachteilen führt, beispielsweise zu einer erhöhten Reibung. Um den Wälzkörpersatzschlupf zu vermeiden, wurden auch schon einzelne größere Wälzkörper im Wälzkörpersatz verbaut.To avoid Wälzkörper- or Wälzkörpersatzschlupf, it is known a negative operating clearance, ie a. Preload, to use. This is often the case with tapered bearings, but is rarely used in needle, cylindrical roller and spherical roller bearings, as this leads to other disadvantages, such as increased friction. To avoid the Wälzkörpersatzschlupf, even larger individual rolling elements were installed in Wälzkörpersatz.
Beispielsweise wird in der
Die einstückige Hohlrolle kann dabei aus einem Kunststoff, aus einem dünnwandigen hohlen Stahlkörper oder aus einem spiralförmig oder wendelförmig gewickelten Federstahl bestehen. Hohlrollen haben den Nachteil, dass im Bereich der Bohrung eine Biege-Zug-Wechselspannung auftritt, welches bei den üblicherweise verwendeten Wälzkörperwerkstoffen ungünstig ist. Andererseits weisen Hohlrollen auch prinzipielle Vorteile auf. Sie zeichnen sich durch ein geringes Gewicht aus, sind flexibel und gut kompressibel, welches insbesondere in der
Es sind auch bereits mehrteilige Hohlrollen und Rollen mit konzentrischen Einzelbestandteilen beschrieben worden. So offenbart die
Aus der
Aus der
Schließlich beschreibt die
Nachteilig an bislang bekannten Hohlrollen, welche in Zylinderrollenlagern verwendet werden um eine Vorspannung zu erzeugen oder einzustellen, ist die Schwierigkeit, mit der sich die Vorspannung einstellen lässt. Ferner lässt die Haltbarkeit derartiger bekannter Hohlrollen im Betrieb zu wünschen übrig, da innere Spannungen oder Biege-Zug-Wechselspannungen oftmals zu einem vorzeitigen Ausfall dieser Hohlrollen führen.A disadvantage of previously known hollow rollers, which are used in cylindrical roller bearings to produce or adjust a bias, is the difficulty with which the bias can be adjusted. Furthermore, the durability of such known hollow rollers leaves something to be desired in operation, since internal stresses or bending-tension alternating voltages often lead to premature failure of these hollow rollers.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hohlrolle zu schaffen, welche den Nachteil hoher Biege-Zug-Wechselspannungen nicht aufweist, und eine Vorspannung im Wälzkörpersatz auf einfache konstruktive Weise ermöglicht. Ferner besteht eine weitere Aufgabe darin, die (Dauer-)Haltbarkeit, insbesondere die Dauerhaltbarkeit, einer derartigen Hohlrolle zu verbessern sowie eine einfache Einstellung einer gewünschten Vorspannung zu ermöglichen.The invention has for its object to provide a hollow roller, which does not have the disadvantage of high bending tension alternating voltages, and allows a bias in Wälzkörpersatz in a simple constructive manner. Furthermore, a further object is to improve the (long) durability, in particular the durability, of such a hollow roller and to allow easy adjustment of a desired bias.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass die Hohlrolle aus ineinander geschachtelten Rohren besteht, wobei wenigstens ein inneres Rohr vor dem Zusammenfügen ein Übermaß aufweist, so dass durch das Verbinden eine Spannung auf das äußere Rohr erzeugt wird. Zudem hat sich gezeigt, dass sich die gestellte Aufgabe dadurch lösen lässt, dass das innere Rohr und das äußere Rohr bestimmte Durchmesserverhältnisse aufweisen.The invention is based on the finding that the stated object can be achieved in that the hollow roller consists of nested tubes, wherein at least one inner tube has an oversize prior to assembly, so that by the connection, a voltage is generated on the outer tube , In addition, it has been shown that the stated object can be achieved by the fact that the inner tube and the outer tube have certain diameter ratios.
Die Erfindung geht daher aus von einer Hohlrolle für ein Zylinderrollenlager mit Außenring und Innenring, zwischen denen als Rollen ausgebildete Wälzkörper angeordnet sind, von denen wenigstens eine Rolle als Hohlrolle ausgebildet ist, welche aus zumindest zwei koaxial ineinander gepressten Rohren besteht, wobei eine innere Mantelfläche eines radial äußeren Rohres vollflächig an einer äußeren Mantelfläche eines radial inneren Rohrs anliegt, und bei der ein radial inneres Rohr eine Bohrung aufweist.The invention is therefore based on a hollow roller for a cylindrical roller bearing with outer ring and inner ring, between which rolling elements designed as rollers are arranged, of which at least one roller is formed as a hollow roller, which consists of at least two coaxially pressed into each other tubes, wherein an inner circumferential surface of a radially outer tube is fully applied to an outer circumferential surface of a radially inner tube, and in which a radially inner tube has a bore.
Außerdem ist bei dieser Hohlrolle vorgesehen, dass das radial innere Rohr ein Übermaß, insbesondere von 0,1% bis 15%, gegenüber dem radial inneren Durchmesser des radial äußeren Rohres aufweist, und dass für die Durchmesser der einzelnen Rohre in Bezug auf den Außendurchmesser DW, den Fügedurchmesser DF sowie auf den Innendurchmesser DWi der fertig gestellten Hohlrolle die folgenden Verhältnisse gelten:
Das Durchmesserverhältnis Qi = DWi/DW der Hohlrolle ist größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 0,8.In addition, it is provided in this hollow roller, that the radially inner tube has an excess, in particular from 0.1% to 15%, compared to the radially inner diameter of the radially outer tube, and that for the diameter of the individual tubes with respect to the outer diameter D. W , the joint diameter D F and on the inner diameter D Wi of the finished hollow roll the following conditions apply:
The diameter ratio Q i = D Wi / D W of the hollow roller is greater than or equal to 0.5 and less than or equal to 0.8.
Das Durchmesserverhältnis Qii = DWi/DF des inneren Rohrs ist größer oder gleich 0,5 und kleiner oder gleich 0,9.The diameter ratio Q ii = D Wi / D F of the inner tube is greater than or equal to 0.5 and less than or equal to 0.9.
Das Durchmesserverhältnis Qai = DF/DW des äußeren Rohrs ist größer oder gleich 0,6 und kleiner oder gleich 0,95.The diameter ratio Q ai = D F / D W of the outer tube is greater than or equal to 0.6 and less than or equal to 0.95.
Mit diesen Merkmalen ist vorteilhaft eine Hohlrolle geschaffen, bei der Biege-Zug-Wechselspannungen im Bereich des Innendurchmessers der Hohlrolle beim Umlauf der Hohlrolle im Zylinderrollenlager deutlich reduziert sind. Hierdurch ist es nunmehr möglich, nicht nur einzelne, sondern alle Wälzkörper des Zylinderrollenlagers als Hohlrollen auszuführen. Zudem hat sich in Untersuchungen im Vergleich zu herkömmlichen Hohlrollen gezeigt, dass sich eine um 30% bis 50% höhere Lebensdauer der Hohlrolle ergibt.With these features, a hollow roll is advantageously created, are significantly reduced in the bending-tensile alternating stresses in the region of the inner diameter of the hollow roller during circulation of the hollow roller in the cylindrical roller bearing. As a result, it is now possible to execute not only individual but all rolling elements of the cylindrical roller bearing as hollow rollers. In addition, it has been found in studies compared to conventional hollow rollers that results in a 30% to 50% longer life of the hollow roller.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das Durchmesserverhältnis Qi der Hohlrolle 0,725 beträgt, dass das Durchmesserverhältnis Qii des inneren Rohres 0,806 beträgt, und dass das Durchmesserverhältnis Qai des äußeren Rohres 0,900 beträgt. Diese Werte haben sich in Versuchen als besonders günstig herausgestellt.In addition, it may be provided that the diameter ratio Q i of the hollow roller is 0.725, that the diameter ratio Q ii of the inner tube is 0.806, and that the diameter ratio Q ai of the outer tube is 0.900. These values have been found in experiments to be particularly favorable.
Weiterhin kann bei dieser Hohlrolle auch vorgesehen sein, dass das radial innere Rohr ein Übermaß in einem Bereich von 0,1% bis 15% gegenüber dem radial inneren Durchmesser des radial äußeren Rohres aufweist.Furthermore, in this hollow roller can also be provided that the radially inner tube has an excess in a range of 0.1% to 15% relative to the radially inner diameter of the radially outer tube.
In einer anderen praktischen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Hohlrolle aus zwei bis fünf ineinander geschachtelten Rohren besteht. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die geschachtelten Rohre einer Hohlrolle gleiche axiale Längen aufweisen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass ein Rohr eine kürzere axiale Länge aufweist als ein anderes Rohr.In another practical development can be provided that the hollow roller consists of two to five nested tubes. A further embodiment of the invention provides that the nested tubes of a hollow roller have the same axial lengths. It is also within the scope of the invention to provide that a pipe has a shorter axial length than another tube.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das radial äußere Rohr eine radial innere Mantelfläche aufweist, welche einen kegeligen Verlauf aufweist, und dass das radial innere Rohr eine radial äußere Mantelfläche aufweist, welche ebenfalls eine kegelige Geometrie hat, wobei die beiden kegeligen Mantelflächen gegeneinander angestellt sind.In a particularly practical embodiment of the invention, it is provided that the radially outer tube has a radially inner circumferential surface, which has a conical shape, and that the radially inner tube has a radially outer surface, which also has a conical geometry, wherein the two conical Lateral surfaces are employed against each other.
Besonders vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Rohre aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Dabei wird bevorzugt, dass wenigstens ein Rohr aus einem Wälzlagerstahl, beispielsweise aus einem 100Cr6-Stahl, besteht.Also particularly advantageous is an embodiment of the invention, which is characterized in that the tubes consist of the same or different materials. It is preferred that at least one tube consists of a bearing steel, for example, a 100Cr6 steel.
Besonders vorteilhaft ist schließlich eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass das innere Rohr aus Aluminium, aus Sintermaterial, aus einem niedrig legierten Stahl oder aus einer Legierung mit Memory-Effekt besteht.Finally, an embodiment of the invention is particularly advantageous, which is characterized in that the inner tube is made of aluminum, sintered material, a low alloy steel or an alloy with memory effect.
Weiterhin ist besonders vorteilhaft, wenn zumindest zwei der Rohre über eine Klebe- oder Lötverbindung miteinander verbunden sind.Furthermore, it is particularly advantageous if at least two of the tubes are connected to one another via an adhesive or solder joint.
Auch kann besonders bevorzugt bei einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass mindestens eine der Fügeflächen mit einer Beschichtung versehen ist, welche insbesondere geeignet ist zur Vermeidung von Reibkorrosion und/oder Veränderung des Reibwertes in den Fügeflächen.It may also be particularly preferred in a development that at least one of the joining surfaces is provided with a coating which is particularly suitable for preventing fretting corrosion and / or changing the coefficient of friction in the joining surfaces.
Vorteilhaft ist schließlich eine Weiterbildung der Erfindung, bei der zumindest zwischen zwei der Rohre ein Micro Formschluss, insbesondere durch Rändeln, hergestellt ist.Finally, a refinement of the invention is advantageous, in which at least between two of the tubes a micro positive connection, in particular by knurling, is produced.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Hohlrolle wie beschrieben ist vorgesehen, dass das innere Rohr erst nach dem Fügen teilplastisch aufgeweitet wird, so dass in einer Fuge zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr eine dauerhafte Flächenpressung entsteht.In the method according to the invention for producing a hollow roller as described, it is provided that the inner tube is widened in a partially plastic manner only after the joining, so that a permanent surface pressure is created in a joint between the inner tube and the outer tube.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigtThe invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In den
Die Hohlrolle
Der Durchmesser der radial inneren Mantelfläche
Im dargestellten Ausführungsbeispiel betragen die Durchmesser DW = 50,8 mm, DWi = 36,8 mm und DF = 45,7 mm. Daraus ergeben sich folgende Durchmesserverhältnisse Q:
Das Durchmesserverhältnis Qi der Hohlrolle
The diameter ratio Q i of the hollow roller
Das Durchmesserverhältnis Qii des inneren Rohres
Das Durchmesserverhältnis Qai des äußeren Rohres
Die axiale Länge der Hohlrolle
In Vergleichsuntersuchungen mit einer herkömmlichen, einstückigen Hohlrolle mit identischer Länge und identischem Außendurchmesser, einem Innendurchmesser DWi von 40,6 mm und einem Durchmesserverhältnis Qi von 0,80 hat sich überraschend gezeigt, dass die Vergleichsspannungen der erfindungsgemäß ausgeführten Hohlrolle
Der Außendurchmesser des inneren Rohrs
Als Material für das äußere Rohr
Außerdem ist es möglich, das innere Rohr
In den
Im Gegensatz zu der in den
Dadurch, dass die drei Rohre
In
Entsprechend weist das radial innere Rohr
Beim Zusammenfügen der beiden Rohre entsteht ein Presssitz der beiden Rohre
Außerdem kann auch das Fügen der Hohlrolle
In Abweichung zu der in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hohlrollehollow roller
- 22
- Äußeres RohrOuter tube
- 33
- Inneres RohrInner tube
- 44
-
Äußere Mantelfläche des inneren Rohres
3 Outer lateral surface of theinner tube 3 - 55
-
Innere Mantelfläche des äußeren Rohres
2 Inner lateral surface of theouter tube 2 - 66
-
Innere Mantelfläche des inneren Rohres
3 Inner surface of theinner tube 3 - 77
- Bohrungdrilling
- 88th
-
Äußere Mantelfläche des äußeren Rohres
2 Outer lateral surface of theouter tube 2 - 99
- Inneres RohrInner tube
- 1010
-
Innere Mantelfläche des Rohres
9 Inner surface of thepipe 9 - 1111
-
Äußere Mantelfläche des Rohres
9 Outer lateral surface of thetube 9 - 1212
- Stirnkantefront edge
- 1313
- Stirnkantefront edge
- 1414
- Stirnkantefront edge
- 1515
- Stirnkantefront edge
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