DE102007010355A1 - Wälzkörperlager mit Mehrpunktlagerung der Wälzkörper - Google Patents

Abstract

Wälzkörperlager sind in einer Vielzahl von Bauformen bekannt. Grundelemente eines Wälzkörperlagers sind der Innenring, welcher an der Außenseite eine Lauffläche für die Wälzkörper bereitstellt, der Außenring, welcher an der Innenseite eine Lauffläche für die Wälzkörper bereitstellt, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen Innenring und Außenring so angeordnet sind, dass sie bei einer Relativbewegung derselben auf den Laufflächen abrollen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Wälzkörperlager vorzuschlagen, welches eine verminderte Reibung, eine erhöhte Tragfähigkeit sowie eine verlängerte Lebensdauer hat. Hierzu wird ein Wälzkörperlager (1, 27, 41) mit Mehrpunktlagerung der Wälzkörper (4, 28), insbesondere Radialwälzkörperlager, vorgeschlagen, mit einem Außenring (3, 30), mit einem koaxial dazu angeordnetem Innenring (2, 29) und mit zwischen Innenring (2, 29) und Außenring (3, 30) angeordneten Wälzkörpern (4, 28), wobei die Wälzkörper (4, 28) angeordnet sind, so dass der einzelne Wälzkörper (4, 28) mit dem Innenring (2, 29) und/oder mit dem Außenring (3, 30) jeweils zwei Berührungspunkte (14, 15, 22, 23, 33, 34, 37, 38) hat, wobei eine Innenverbindungsgerade (19, 35), die die zwei Berührungspunkte (14, 15; 33, 34) des Innenrings (2, 29) schneidet und/oder eine Außenverbindungsgerade (24, 39), die die zwei Berührungspunkte (22, 23, 37, 38) des Außenrings (3, 30) schneidet, winklig zu der Lagerachse (5) des Wälzkörperlagers (1, 27, 41) ...

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Wälzkörperlager mit Mehrpunktlagerung der Wälzkörper, insbesondere ein Radialwälzkörperlager, mit einem Außenring, mit einem koaxial dazu angeordnetem Innenring und mit zwischen Innenring und Außenring angeordneten Wälzkörpern, wobei die Wälzkörper angeordnet sind, so dass der einzelne Wälzkörper mit dem Innenring und/oder Außenring jeweils zwei Berührungspunkte hat.
• Wälzkörperlager sind in einer Vielzahl von Bauformen bekannt. Grundelemente eines Wälzkörperlagers sind der Innenring, welcher an der Außenseite eine Lauffläche für die Wälzkörper bereitstellt, der Außenring, welcher an der Innenseite eine Lauffläche für die Wälzkörper bereitstellt, sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, die zwischen Innenring und Außenring so angeordnet sind, dass sie bei einer Relativbewegung derselben auf den Laufflächen abrollen.
• Die Laufbahnen von Kugellagern werden üblicherweise so gefertigt, dass im Zusammenspiel mit den Wälzkörpern eine Schmiegung entsteht, wobei im Querschnitt die Radien der Laufbahnen geringfügig größer ausgeführt werden als die Radien der Wälzkörper. Im unbelasteten Fall führt dies zu einer nahezu punktförmigen Berührungsfläche zwischen Wälzkörper und Laufbahn, so dass eine geringe Reibung gegeben ist. Es ist allerdings bekannt, dass bei der Beaufschlagung mit Kräften die Pressung im Wälzkontakt so erhöht werden kann, dass sich in den Bereichen der Berührungspunkte eine Druckellipse ausbildet, deren Größe eine Funktion der Schmiegung und der Belastung ist. Problematisch bei der Ausbildung der Druckellipse ist jedoch, dass eine Geschwindigkeitsdifferenz in Richtung der Längsachse der Druckellipse zwischen Druckellipsenmittelpunkt und Randbereich auftritt. Diese Geschwindigkeitsdifferenz führt zu einer erhöhten Reibung.
• Die Druckschrift DE 3607479C2 beschäftigt sich mit dieser Problematik und schlägt vor, die Laufbahnen im Querschnitt mit zwei oder mehreren Kreisbögen auszuformen, welche symmetrisch zu der durch den Mittelpunkt des Wälzkörpers und den Mittelpunkt des Berührungsbereiches verlaufenden Linie angeordnet sind. Bei der Würdigung des Stands der Technik zeigt diese Druckschrift in einem anderen Zusammenhang einen Ausschnitt eines Wälzkörperlagers, wobei die Laufbahnen im Querschnitt gotisch bzw. gotisch-bogenförmig ausgebildet sind, so dass der Wälzkörper beidseitig jeweils zwei Berührungspunkte mit den Laufflächen hat. Diese Bauweise von Wälzkörperlagern ist in der Fachwelt auch als Vierpunktlager bekannt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Wälzkörperlager vorzuschlagen, welches eine verminderte Reibung hat.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wälzkörperlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
• Erfindungsgemäß wird ein Wälzkörperlager mit einer Mehrpunktlagerung der Wälzkörper vorgeschlagen, welche insbesondere als Dreipunktlagerung oder Vierpunktlagerung ausgebildet ist. Das Wälzkörperlager ist bevorzugt als Radialwälzkörperlager realisiert. Es weist einen Außenring, einen Innenring, sowie zwischen Innenring und Außenring angeordnete Wälzkörper auf. Die Wälzkörper sind beispielsweise als Kugeln, Tonnen oder dergleichen ausgebildet. Optional umfasst das Wälzkörperlager einen Käfig zur Führung bzw. zum Einhalten eines vorgegebenen Abstands der Wälzkörper zueinander. Innenring und Außenring können wahlweise einstückig, jedoch auch mehrteilig ausgebildet sein.
• Bei dem erfindungsgemäßen Wälzkörperlager ist vorgesehen, dass jeder einzelne Wälzkörper mit dem Innenring bzw. dessen Lauffläche zwei, insbesondere genau zwei, Berührungspunkte hat und/oder jeder einzelne Wälzkörper mit dem Außenring bzw. dessen Lauffläche zwei, insbesondere genau zwei, Berührungspunkte hat, welche auch als Wälzkontakte bezeichnet werden können. Die Berührungspunkte sind im unbelasteten Zustand Idealerweise punktförmig realisiert, bei belasteten Wälzkörperlager werden die Berührungspunkte aufgrund der Verformung des Innenrings bzw. Außenrings bzw. der Wälzkörper in Druckellipsen übergehen.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine Innenverbindungsgerade der zwei Berührungspunkte des Innenrings und/oder eine Außenverbindungsgerade der zwei Berührungspunkte des Außenrings winklig, also mit einem Winkel ungleich von 0°, zu der Lagerachse des Wälzkörperlagers angeordnet ist. Die Lagerachse ist dabei die Achse, um die der Innenring bzw. Außenring drehbar gelagert sind. Die Innen- bzw. Außenverbindungsgerade wird durch die Verbindung der jeweiligen zwei Berührungspunkte bzw. durch eine gedachte Verlängerung dieser Verbindungslinie gebildet.
• Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass durch eine Verschwenkung der Verbindungsgerade gegenüber der Lagerachse ein weiterer Konstruktionsparameter gegeben ist, der genutzt werden kann, um die Gebrauchseigenschaften des Wälzkörperlagers gezielt einzustellen.
• Besondere Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere hinsichtlich einer verminderten Reibung, einer erhöhten Tragfähigkeit und einer verlängerten Lebensdauer des Wälzkörperlagers.
• Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die Innenverbindungsgerade und die Außenverbindungsgerade in gedachter Verlängerung in einem Drehpunkt schneiden. Betrachtet man dagegen beispielsweise ein konventionelles Schrägkugellager, so sind die Berührungspunkte der Kugeln zu den Laufbahnen aufgrund der Gleichgewichtsbedingung gegenüberliegend bzw. exakt diametral zueinander angeordnet. Die Tangenten in den Berührungspunkten laufen somit parallel, so dass die Kugel nicht einwandfrei abrollen kann, sondern der erwünschten Rollbewegung eine Bohrbewegung überlagert wird, die senkrecht zur Rollachse rotiert und damit Bohrreibung erzeugt. Bei der vorgeschlagenen Ausbildung ergibt sich dagegen der Vorteil, dass der Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring ohne – oder zumindest mit verminderten – zusätzlichen Bewegungskomponenten, wie z. B. der Bohrbewegung, abrollen kann. Auch im Hinblick von Tonnenrollenlagern und Pendelrollenlagern können ähnliche positive Effekte erreicht werden. Weiterhin lassen sich diesen positiven Effekte auf schnelllaufende Lager, insbesondere Spindellager und Gasturbinenlager.
• Bei einer möglichen Alternative weist der einzelne Wälzkörper an dem Innenring oder an dem Außenring nur einen einzigen Berührungspunkt auf, welcher eine Tangente zu dem Wälzkörper definiert. Der Stützpunkt der Tangente wird somit durch den Berührungspunkt festgelegt, die Ausrichtung durch die Krümmung des Wälzkörpers.
• Bei dieser Alternative ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Tangente und die Innenverbindungsgerade oder die Tangente und die Außenverbindungsgerade sich in einem Drehpunkt schneiden.
• Diese Ausführungsform stellt somit eine Dreipunktlagerung dar, welche im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie die zuvor geschilderte Vierpunktlagerung aufweist.
• Bei einer möglichen Ausführungsform, die insbesondere im Zusammenhang mit Tonnenlagern vorteilhaft erscheint, ist das Wälzkörperlager so ausgebildet, dass der Drehpunkt auf einer Symmetrielinie, insbesondere einer Mittensymmetrielinie des Wälzkörpers liegt.
• Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung, welche insbesondere in Verbindung mit Schrägkugellagern vorteilhaft erscheint, ist der Drehpunkt auf der Lagerachse des Wälzkörperlagers angeordnet. Bei optionalen Modifikationen ist vorgesehen, dass die Außenverbindungsgerade und/oder die Innenverbindungsgerade und/oder die Tangente und/oder die Symmetrielinie die Lagerachse des Wälzkörperlagers in dem gleichen Punkt und/oder in dem Drehpunkt schneidet.
• Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Drehpunkt und/oder der gemeinsame Schnittpunkt außerhalb der Lagerachse angeordnet, wobei durch die Anordnung des Drehpunkts bzw. gemeinsamen Schnittpunkts im Betrieb des Wälzkörperlagers entstehende Kräfte vorzugsweise zur Kompensation von konstruktiv bedingten Zwangskräften in dem Wälzkörperlager ausgebildet sind. Beispielsweise kann durch die Wahl der Position des Drehpunkts bzw. gemeinsamen Schnittpunkts eine zusätzliche Führungskraft erzeugt werden.
• Bei der Realisierung des Wälzkörperlagers ist optional die Laufbahn des Innenrings und/oder des Außenrings mit einem gotischen bzw. gotisch-bogenförmigen Querschnitt ausgebildet, um die zwei Berührungspunkte zu ermöglichen.
• Der gotische Querschnitt weist dabei zwei Bereiche auf, die kreissegmentförmig mit unterschiedlichen Mittelpunkten ausgebildet sind und welche gegenüber dem Wälzkörper die gleiche oder auch unterschiedliche Schmiegungen einnehmen können.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wälzkörperlager als ein Schrägkugellager, insbesondere als ein zweireihiges Schrägkugellager, beispielsweise in O- oder X-Anordnung ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Ausführung ergeben sich erhebliche Vorteile der Gebrauchseigenschaften. So führt die höhere Anzahl von Berührungspunkten und damit von Wälzkontakten zu einer erhöhten Steifigkeit der Lagereinheit bei gleichzeitig geringerer Lagerreibung als z. B. bei der Verwendung einer engeren Schmiegung zur Erhöhung der Steifigkeit. Dadurch, dass der Drehpunkt auf der Lagerachse angeordnet ist, somit der Schnittpunkt der „virtuellen Mantellinien" auf der Lagerachse liegt, wird Bohrreibung minimiert. Auch die Schmierung des Schrägkugellagers ist im Vergleich zu der Verwendung einer engen Schmiegung verbessert, da zwischen den Berührungspunkten ein – zumindest zeitweilig – unbelasteter Bereich der Laufbahn liegt. Aber auch bei einer hohen Lagerbelastung, zum Beispiel bei einer schnellen Kurvenfahrt, ergeben sich Vorteile: Im Gegensatz zu der sich sonst ausbildenden Druckellipse mit zentralem Schwerpunkt führt eine starke Belastung des erfindungsgemäßen Wälzkörperlagers zu einer Vergrößerung von zwei Druckellipsen bei den zwei Berührungspunkten. Diese Druckdoppeleilipse ist im Vergleich zu der „klassischen Druckellipse", bauchiger ausgeformt so dass bei gleicher Flächenpressung eine höhere Belastung erreichbar ist.
• Bei einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung des Schrägkugellagers oder anderer Wälzkörperlagerbauarten ist der Innenring und/oder der Außenring in axialer und/oder radialer Richtung so geteilt, dass eine Trennebene zwischen den zwei Berührungspunkten des Innenrings und/oder den zwei Berührungspunkten des Außenrings verläuft.
• Hierbei sind beliebige Kombinationen möglich, so zum Beispiel, dass der Innenring einteilig und der Außenring zwei- oder mehrgeteilt ist, oder dass der Außenring einteilig und der Innenring zwei- oder mehrgeteilt ist.
• Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsalternative ist das Wälzkörperlager als Tonnenlager ausgebildet, wobei vorzugsweise der Drehpunkt auf der Symmetrieachse der Tonnenrolle, also des Wälzkörpers, liegt. Bevorzugt ist die Tonnenrolle als eine symmetrische Tonne ausgebildet.
• Bei einer weiteren Ausführungsalternative ist das Wälzkörperlager als Pendelrollenlager realisiert, wobei bevorzugt die innere Laufbahn die zwei Berührungspunkte aufweist und die äußere Laufbahn einen runden oder kugeligen Querschnitt aufweist, so dass die Rolle nur einen Berührungspunkt mit dem Außenring einnimmt, wobei vorzugsweise der Drehpunkt in Bezug auf die Lagerachse radial außerhalb der Symmetrieachse der Rolle angeordnet ist.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wälzkörperlagers gemäß dem Stand der Technik;
• 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wälzkörperlagers als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• 3 eine Ausschnittsvergrößerung aus 2;
• 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wälzkörperlagers als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• 5 eine Ausschnittsvergrößerung aus 4;
• 6 eine erste konstruktive Alternative für das Wälzlager in 2;
• 7 eine zweite konstruktive Alternative für das Wälzlager in 2;
• 8 eine erste konstruktive Alternative für das Wälzlager in 4;
• 9 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wälzkörperlagers als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• 10 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wälzkörperlagers als ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen versehen.
• Die 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Wälzkörperlagers 1 gemäß dem Stand der Technik, welches einen Innenring 2, einen Außenring 3 und zwei Reihen Wälzkörper 4 aufweist. Das Wälzkörperlager 1 ist als Schrägkugellager in O-Anordnung ausgebildet. Innenring 2 und Außenring 3 rotieren um die Lagerachse 5, die sich in axialer Richtung erstreckt. Die Wälzkörper 4 liegen jeweils mit einem radialinnenseitigen Berührpunkt 6 und einem radialaußenseitigen Berührpunkt 7 an der Lauffläche 8 des Innenrings 2 bzw. der Lauffläche 9 des Außenrings 3 an. Aufgrund der Gleichgewichtsbedingung liegen die Berührpunkte 6 und 7 einander gegen über, so dass eine Verbindungslinie den Mittelpunkt des Wälzkörpers 4 schneidet. Die Tangenten 10 bzw. 11 in den Berührpunkten 6 bzw. 7 bezüglich des Wälzkörpers 4 laufen somit parallel und schneiden sich nicht, insbesondere nicht auf der Lagerachse 5. Die Folge der parallelen Tangenten 10, 11 ist, dass der Wälzkörper 4 nicht einwandfrei abrollen kann, da die tatsächliche Drehachse 12 der Wälzkörper die Lagerachse 5 in einem Punkt zwischen den Schnittpunkten der Tangenten 10 bzw. 11 mit der Lagerachse 5 schneidet. Aufgrund dieser geometrischen Gegebenheiten wird die Rollbewegung der Wälzkörper 4 mit einer Bohrbewegung um eine Bohrachse 13 überlagert, die senkrecht zur Drehachse 12 angeordnet ist und so genannte Bohrreibung erzeugt.
• Ein zweites Problemfeld, aus dem ebenfalls eine zusätzliche Reibung resultiert, ist die Entstehung einer Druckellipse in den Berührpunkten 6 bzw. 7, welche sich mit ihrer langen Achse in der in 1 gezeigten Querschnittsebene erstreckt. Aufgrund von Geschwindigkeitsunterschieden bei der Rollbewegung im Zentrum der Druckellipse und in den Randbereichen der Druckellipse wird die Reibung zusätzlich erhöht.
• Die 2 zeigt ein Wälzkörperlager 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Analog zu dem Wälzkörperlager 1 in 1 weist das Wälzkörperlager 1 der 2 einen Innenring 2, einen Außenring 3 sowie zwischen diesen angeordnete Wälzkörper 4 in Form von Kugeln auf. Auch das Wälzkörperlager 1 in 2 ist als Schrägkugellager in O-Anordnung ausgebildet. Alternative Ausführungsformen betreffen allerdings auch Schrägkugellager in X-Anordnung.
• Der maßgebliche Unterschied zu dem vorhergehenden Wälzkörperlager 1 ist, dass die innere Lauffläche 8 im Querschnitt gotisch-gewölbt ausgeführt ist. Für eine genauere Beschreibung wird auf die 3 verwiesen, welche einen Detailausschnitt aus dem Wälzkörperlager 1 in 2 zeigt. Zu sehen ist hier ein Abschnitt des Innenrings 2 und des Außenrings 3 sowie ein Wälzkörper 4, welcher zwischen der inneren Lauffläche 8 und der äußeren Lauffläche 9 abrollt. Wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, hat der Wälzkörper 4 mit der äußeren Lauffläche 9 einen einzelnen Berührpunkt 7, mit der inneren Laufbahn 6 jedoch zwei Berührpunkte 14 und 15. Diese doppelte Berührung wird erreicht, indem die innere Lauffläche 8 im Querschnitt gotisch-bogenförmig geschliffen oder gefertigt ist, wobei ein erster Abschnitt 16 mit einem ersten Radius im Querschnitt kreissegmentförmig oder ähnlich geschliffen ist und ein zweiter Abschnitt 17 mit einem zweiten Radius im Querschnitt kreissegmentförmig oder ähnlich geschliffen ist, wobei die beiden Radien jeweils größer sind als der Radius des Wälzkörpers 4. Die Mittelpunkte zu dem ersten bzw. zweiten Abschnitt 16, 17 zugehörigen Kreissegmenten liegen auf einer Verbindungsgeraden zwischen den Berührungspunkten 14 bzw. 15 und dem Mittelpunkt 18 des Wälzkörpers 4, und zwar auf der den Berührungspunkten 14, 15 abgewandten Seite hinter dem Mittelpunkt 18, so dass eine Schmiegung von zum Beispiel 1,035 erreichbar ist. Die Berührungspunkte 14 und 15 definieren eine Verbindungsgerade 19, der Berührungspunkt 7 definiert wieder die Tagente 10 bezüglich des Wälzkörpers 4.
• Wie nun wieder aus der 2 zu entnehmen ist, sind Tangente 10 und Verbindungsgerade 19 so angeordnet, dass sie sich im gemeinsamen Punkt, welcher als Drehpunkt 20 ausgebildet ist, auf der Lagerachse 5 schneiden. Ergänzend geht durch den Drehpunkt 20 auch die Drehachse 12 des Wälzkörpers 4, so dass dieser ohne Bohrbewegung entlang der Laufbahn 7 abrollen kann. Durch diese konstruktive Anordnung wird erreicht, dass die durch die Bohrbewegung resultierende Bohrreibung deutlich verringert wird. Ein weiterer Vorteil dieser konstruktiven Anordnung ist es, dass auf der Seite des Innenrings 2 zwei Berührungspunkte 14 bzw. 15 vorgesehen sind, so dass sich bei der Erhöhung der Belastung die auftretenden Kräfte verteilen, indem zwei Druckellipsen ausgebildet werden, was zu einer erhöhten Steifigkeit des Wälzkörperlagers 1 führt. Für den Fall, dass die auftretenden Presskräfte so groß sind, dass sich die Druckellipsen der Berührungspunkte 14 und 15 ü berlappen, ergibt sich insgesamt eine Druckdoppelellipse, die gegenüber einer Druckellipse von nur einem Berührungspunkt aufgeweitet ist und in den Randbereichen in Querschnittsdarstellung die Punkte höchster Kraftübertragung aufweist, so dass bei gleicher Flächenpressung eine höhere Belastung des Wälzkörperlagers 1 ermöglicht wird.
• Zur Auslegung des Wälzkörperlagers 1 wird nochmals auf die 3 verwiesen. Ausgehend von einem Druckwinkel von zum Beispiel 35°, welcher durch den Druckwinkelvektor 21 dargestellt ist, wird zunächst die Drehachse 12 abgeleitet, welche senkrecht zu dem Druckwinkelvektor 21 angeordnet ist. Ausgehend von dem Drehpunkt 20, welcher als Schnittpunkt von Drehachse 12 und Lagerachse 5 definiert ist, wird die Verbindungsgerade 19 konstruiert, welche so gelegt wird, dass die zwei Berührungspunkte 14 und 15 entstehen. Die Berührungspunkte 14 und 15 sind dabei derart angeordnet, dass ein gegenüber oder diametral dem Berührpunkt 7 angeordneter Punkt auf dem Umfang des Wälzkörpers 4 zwischen den Berührpunkten 14 und 15 angeordnet ist. Die Laufbahn 6 wird nun konstruiert, indem ausgehend von einer Verbindungsgeraden zwischen Berührpunkt 14 und Mittelpunkt 18 bzw. Berührpunkt 15 und Mittelpunkt 18 über den Mittelpunkt 18 hinaus jeweils ein Einstich zur Erzeugung der kreissegmentförmigen Abschnitte 16 bzw. 17 festgelegt wird. Der Abstand der Einstiche zu dem Mittelpunkt 18 bzw. zu den Berührpunkten 14, 15 wird entsprechend der geplanten Schmiegung eingestellt.
• Die 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Wälzkörperlagers 1, welches sich im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass sowohl am Innenring 2 als auch am Außenring 3 zwei Berührungspunkte vorgesehen sind. Zur detaillierten Erläuterung wird auf die 5 verwiesen, welche einen Detailausschnitt der 4 in gleicher Darstellung wie die 3 zeigt. Ergänzend zu den in der 3 eingetragenen Größen ist in der 5 auch die äußere Laufbahn 9 gotisch-bogenförmig im Querschnitt ausgebildet, so dass zwei Berührpunkte 22 bzw. 23 gebildet werden. Die Festlegung der Berührpunkte 22, 23 erfolgt analog zu der Festlegung der Berührpunkte 14, 15 am Innenring 2. Die durch die zwei Berührpunkte 22 und 23 gebildete Verbindungsgerade 24 ist dabei – analog wie die Tangente 10 in den 2 und 3 – so ausgerichtet, dass sie die Lagerachse 5 zusammen mit der Verbindungsgerade 19 in dem Drehpunkt 20 schneidet.
• Die Vorteile der in 2 bzw. 4 gezeigten Wälzlager 1 liegen bei einer niedrigen Lagebelastung, zum Beispiel in einem Fahrzeug bei normalem Fahrbetrieb, darin, dass durch die höhere Anzahl der Wälzkontakte eine erhöhte Steifigkeit der Lagereinheit bei gleichzeitig geringerer Lagerreibung erreichbar ist, dass die Bohrreibung vermindert oder vermieden wird, da die Schnittpunkte der „virtuellen Mantellinie" auf der Lagerachse liegen, und dass eine bessere Schmierung erreichbar ist, da zwischen den Wälzkontakten ein unbelasteter Bereich der Laufbahn liegt. Verbleibende Vorteile bei hoher Lagebelastung, zum Beispiel im Betrieb bei einer schnellen Kurvenfahrt, sind, dass das Wälzkörperlager 1 eine höhere Tragfähigkeit durch Beeinflussung der Form der Druckellipse aufweist, da die Aufweitung der Druckellipse bei gleicher Flächenpressung eine höhere Belastung erlaubt.
• Die 6 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung das Wälzkörperlager 1 in 2 in einer Detailvergrößerung, wobei zu erkennen ist, dass der Innenring 2 im Randbereich durch eine Trennebene 25, die senkrecht zu der Lagerachse 5 ausgebildet ist, axial geteilt ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Abschnitt 16 auf dem inneren Teil des Innenrings 2 und der zweite Abschnitt 17 auf dem äußeren Teil des Innenrings 2 angeordnet ist, so dass jeweils ein Teil nur mit einem Radius bearbeitet werden muss. Bei der Montage ist darauf zu achten, dass die korrekte relative Anordnung in radialer und axialer Richtung durch Vorspannung bzw. Abmaß die Position der Berührungspunkte 14 bzw. 15 beeinflusst.
• Die 7 zeigt eine weitere Möglichkeit einer fertigungsgerechten Konstruktion des Wälzkörperlagers 1 in 2, wobei der Innenring 2 hier in radialer Richtung mit einer radialen Trennfuge 26 geteilt ist. welche sich koaxial zu der Lagerachse 5 erstreckt. Auch hier ist darauf hinzuweisen, dass die richtige axiale Relativpositionierung die Position der Berührungspunkte 14 bzw. 15 beeinflusst.
• Die 8 zeigt eine mögliche fertigungsgerechte Konstruktion des Wälzkörperlagers 1 in 4, wobei der Innenring 2 mit einer Trennfuge 26 axial und der Außenring 3 mit einer Trennebene 25 radial geteilt ist. Insbesondere ist die Trennebene 25 so angeordnet, dass die äußere Lauffläche 9 analog zu der inneren Lauffläche 8 in zwei Abschnitte geteilt ist.
• Die 9 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung ein Tonnenrollenlager 27 mit einer Reihe von Tonnenrollen 28, welche zwischen einem Innenring 29 und einem Außenring 30 angeordnet sind, als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laufbahn des Innenrings 31 und die Laufbahn des Außenrings 32 sind jeweils gotisch-bogenförmig geschliffen, so dass sich eine Vierpunktberührung mit der Tonnenrolle 28 ergibt. Die Berührungspunkte 33, 34 mit dem Innenring 29 sind so angeordnet, dass deren Verbindungsgerade 35 mit der Symmetrieachse 36 der Tonnenrolle 28 in einem nicht dargestellten Drehpunkt schneidet. Ebenso sind die Berührungspunkte 37, 38 der Tonnenrolle 28 mit dem Außenring 30 so angeordnet, dass die daraus resultierende Verbindungsgerade 39 sich in dem gleichen Punkt mit der Symmetrieachse 36 schneidet. Durch die gewählte konstruktive Anordnung ist ein besonders reibungsarmer Betrieb des Tonnenrollenlagers 27 möglich. Durch das asymmetrische Profil der Laufbahnen 31 bzw. 32 kann das Tonnenrollenlager 27 in einem dem gemeinsamen Schnittpunkt abgewandten Endabschnitt 40 gekürzt werden.
• Die 10 zeigt ein Pendelrollenlager 41 mit einer Tonnenrolle 28, welche zwischen einem Innenring 29 und einem Außenring 30 angeordnet ist. Die Lauffläche 31 des Innenrings 29 ist dabei analog zu der Lauffläche 31 in 9 ausgebildet, so dass mit der Tonnenrolle 28 zwei Berührungspunkte 33, 34 gebildet werden. Insbesondere ist der Knick in dem gotisch-bogenförmigen Verlauf asymmetrisch relativ zu der axialen Erstreckung der Tonnenrolle 28 angeordnet. Die äußere Laufbahn 32 ist dagegen kugelig geschliffen, wobei der Mittelpunkt der Kugel auf der Drehachse des Pendelrollenlagers 41 liegt, um eine Pendelung zu ermöglichen. Der aus dem Kontakt zwischen Tonnenrolle 28 und äußerer Laufbahn 31 resultierende Berührungspunkt 42 ist so angeordnet, dass es sich bezüglich der Tonnenrolle 28 und/oder dem Kurvenverlauf der äußeren Laufbahn 31 eine Tangente 43 ergibt, welche parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Symmetrieachse 36 der Tonnenrolle 28 angeordnet ist. Die Verbindungsgerade 35 der zwei Berührungspunkte 33, 34 und die Tangente 43 schneiden sich in einem Bereich, welcher in der dargestellten Mittenstellung radial außenseitig zu der Symmetrieachse 36 angeordnet ist. Durch diesen „falsch gewählten Drehpunkt" wird bei einer Rollbewegung der Tonnenrolle 28 eine zusätzliche Kraft erzeugt, welche beispielsweise Wander- oder Schränkbewegungen der Tonnenrolle 28 kompensierend entgegenwirkt.

1

Wälzkörperlager

2

Innenring

3

Außenring

4

Wälzkörper

5

Lagerachse

6

radialinnenseitiger Berührpunkt

7

radialaußenseitiger Berührpunkt

8

innere Lauffläche

9

äußere Lauffläche

10

innere Tangente

11

äußere Tangente

12

Drehachse

13

Bohrachse

14

Berührpunkt

15

Berührpunkt

16

erster Abschnitt

17

zweiter Abschnitt

18

Mittelpunkt

19

Verbindungsgerade

20

Drehpunkt

21

Druckwinkelvektor

22

Berührpunkte

23

Berührpunkte

24

Verbindungsgerade

25

Trennebene

26

Trennfuge

26

Trennebene

27

Tonnenrollenlager

28

Tonnenrolle

29

Innenring

30

Außenring

31

Laufbahn des Innenrings

32

Laufbahn des Außenrings

33

Berührungspunkte

34

Berührungspunkte

35

Verbindungsgerade

36

Symmetrieachse

37

Berührungspunkte

38

Berührungspunkte

39

Verbindungsgerade

40

Endabschnitt

41

Pendelrollenlager

42

Berührungspunkt

43

Tangente

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 3607479 C2 [0004]

Claims (14)

1. Wälzkörperlager (1, 27, 41) mit Mehrpunktlagerung der Wälzkörper (4, 28), insbesondere Radialwälzkörperlager, mit einem Außenring (3, 30), mit einem koaxial dazu angeordnetem Innenring (2, 29) und mit zwischen Innenring (2, 29) und Außenring (3, 30) angeordneten Wälzkörpern (4, 28), wobei die Wälzkörper (4, 28) angeordnet sind, so dass der einzelne Wälzkörper (4, 28) mit dem Innenring (2, 29) und/oder mit dem Außenring (3, 30) jeweils zwei Berührungspunkte (14, 15, 22, 23, 33, 34, 37, 38) hat, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenverbindungsgerade (19, 35), die die zwei Berührungspunkte (14, 15; 33, 34) des Innenrings (2, 29) schneidet und/oder eine Außenverbindungsgerade (24, 39), die die zwei Berührungspunkte (22, 23, 37, 38) des Außenrings (3, 30) schneidet, winklig zu der Lagerachse (5) des Wälzkörperlagers (1, 27, 41) ausgerichtet ist.
2. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenverbindungsgerade (19, 35) und die Außenverbindungsgerade (24, 39) in einem Drehpunkt (20) schneiden.
3. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Wälzkörper (4, 28) an dem Innenring (2, 29) oder dem Außenring (3, 30) in nur einem Berührungspunkt (7, 42) anliegt und eine Tangente (10, 43) zu dem Wälzkörper (4, 28) definiert, wobei die Tangente (10, 43) und die Innenverbindungsgerade (19, 35) oder die Außenverbindungsgerade (24, 39) sich in einem Drehpunkt (20) schneiden.
4. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Symmetrielinie (36, 12) des Wälzkörpers (4, 28) den Drehpunkt (20) schneidet.
5. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverbindungsgerade (24, 39) und/oder die Innenverbindungsgerade (19, 35) und/oder die Tangente (10, 43) und/oder die Symmetrielinie (36, 12) die Lagerachse (5) des Wälzkörperlagers (1, 27, 41) in einem gemeinsamen Punkt und/oder dem Drehpunkt (20) schneidet.
6. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (20) auf der Lagerachse (5) angeordnet ist.
7. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (20) außerhalb der Lagerachse (5) angeordnet ist.
8. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (8, 31) des Innrings (2, 29) und/oder des Außenrings (3, 30) einen gotischen Querschnitt aufweist.
9. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Schrägkugellager (1).
10. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (2) und/oder der Außenring (3) in axialer und/oder radialer Richtung im Bereich der gotisch geformten Laufbahn geteilt ist.
11. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Tonnenrollenlager (27).
12. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass, der Drehpunkt (20) auf der Symmetrieachse (36) der Tonnenrolle (28) liegt.
13. Wälzkörperlager (1, 27, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Pendelrollenlager (41).
14. Wälzköperlager (1, 27, 41) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt in Bezug auf die Lagerachse (5) radial außerhalb der Symmetrieachse der Tonnenrolle (28) angeordnet ist.