DE102007019917A1

DE102007019917A1 - Schrägrollenlager

Info

Publication number: DE102007019917A1
Application number: DE102007019917A
Authority: DE
Inventors: Roland Harich
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-28
Also published as: DE102007019917B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit wenigstens einer Laufbahn (2, 6), die sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende kegelig erweitert, Wälzkörpern (7), die auf der Laufbahn (2, 6) abrollen, und einem Käfig (11) zur Führung der Wälzkörper (7). Die Wälzkörper (7) weisen jeweils eine erste Stirnfläche (9) auf, die zum ersten Ende der Laufbahn (2, 6) hin orientiert ist, und eine zweite Stirnfläche (10), die zum zweiten Ende der Laufbahn (2, 6) hin orientiert ist. Der Käfig (11) erweitert sich kegelig entlang einer Längsachse von einem ersten axialen Ende zu einem zweiten axialen Ende. Zudem weist der Käfig (11) Stirnanlaufflächen (12) auf, die jeweils einen Anlaufwinkel (alpha) mit den benachbarten zweiten Stirnflächen (10) der Wälzkörper (7) einschließen und an denen die benachbarten zweiten Stirnflächen (10) der Wälzkörper (7) jeweils innerhalb einer Kontaktfläche berührend anliegen, wobei sämtliche Kontaktflächen zusammengenommen eine Gesamtkontaktfläche bilden. Die Längsachse des Käfigs (11) ist zu einer Rotationsachse des Wälzlagers um einen Neigungswinkel von betragsmäßig wenigstens 0,5° neigbar. Das erfindungsgemäße Wälzlager zeichnet sich dadurch aus, dass die Stirnanlaufflächen (12) des Käfigs (11) so geformt sind, dass, ausgehend von einer parallelen Anordnung der Längsachse des Käfigs (11) und der Rotationsachse des Wälzlagers, die Größe der Gesamtkontaktfläche mit zunehmendem Neigungswinkel gleich bleibt oder zunimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schrägrollenlager wie beispielsweise ein Kegelrollenlager, ein Schrägzylinderrollenlager usw.
Schrägrollenlager und auch andersartig ausgebildete Wälzlager sind häufig mit einem Käfig ausgestattet, um ein gutes Abrollverhalten der Wälzkörper zu gewährleisten. Der Käfig hält die Wälzkörper in einem definierten Abstand zueinander. Außerdem gibt der Käfig die Orientierung der Wälzkörper im Wälzlager vor und sorgt dadurch für günstige Abrollverhältnisse.
Infolge der Relativbewegung zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig können im Kontaktbereich mit den Wälzkörpern Verschleißerscheinungen am Käfig auftreten. Bei Schrägrollenlagern kann es zu sehr starken Interaktionen zwischen den Wälzkörpern und dem Käfig kommen, so dass bei derartigen Wälzlagern immer wieder Verschleißprobleme zu beobachten sind. Insbesondere können Verschleißerscheinungen an den Kontaktflächen des Käfigs auftreten, an denen die Wälzkörper mit ihren radial weiter außen liegenden Stirnflächen anlaufen. Diese Verschleißerscheinungen treten bei großen Wälzlagern in einem stärkeren Ausmaß auf als bei kleinen Wälzlagern.
Aus der DE 10 2005 009 772 A1 ist ein Kegelrollenlager bekannt, das eine Anzahl von Kegelrollen aufweist, welche in dafür vorgesehenen Aufnahmetaschen eines Käfigs angeordnet sind. Zur Erzielung eines guten Verschleißverhaltens des Kegelrollenlagers ist jeweils wenigstens eine Innenfläche der Aufnahmetasche, die einer Stirnseite einer Kegelrolle gegenüberliegt, mit wenigstens einer axialen Erhebung ausgestattet. Dadurch wird erreicht, dass der Randbereich der Stirnfläche der Kegelrolle die Innenfläche des Käfigs nicht berührt. Falls bei der Fertigung des Käfigs in den Ecken der Aufnahmetaschen Störkanten ausgebildet werden, wirken sich diese nicht negativ auf das Verschleißverhalten auf, da es nicht zu einer Berührung zwischen den Störkanten und den Kegelrollen kommt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Käfig für ein Schrägrollenlager Verschleißerscheinungen an Anlaufflächen, an denen die Wälzkörper mit ihren Stirnflächen anlaufen, möglichst gering zu halten.
Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Wälzlager weist wenigstens eine Laufbahn auf, die sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende kegelig erweitert. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Wälzlager Wälzkörpern auf, die auf der Laufbahn abrollen und einen Käfig zur Führung der Wälzkörper. Die Wälzkörper weisen jeweils eine erste Stirnfläche auf, die zum ersten Ende der Laufbahn hin orientiert ist und eine zweite Stirnfläche, die zum zweiten Ende der Laufbahn hin orientiert ist. Der Käfig erweitert sich kegelig entlang einer Längsachse von einem ersten axialen Ende zu einem zweiten axialen Ende. Zudem weist der Käfig Stirnanlaufflächen auf, die jeweils einen Anlaufwinkel mit den benachbarten zweiten Stirnflächen der Wälzkörper einschließen und an denen die benachbarten zweiten Stirnflächen der Wälzkörper jeweils innerhalb einer Kontaktfläche berührend anliegen, wobei sämtliche Kontaktflächen zusammengenommen eine Gesamtkontaktfläche bilden. Die Längsachse des Käfigs ist zu einer Rotationsachse des Wälzlagers um einen Neigungswinkel von betragsmäßig wenigstens 0,5° neigbar. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Wälzlagers besteht darin, dass die Stirnanlaufflächen des Käfigs so geformt sind, dass ausgehend von einer parallelen Anordnung der Längsachse des Käfigs und der Rotationsachse des Wälzlagers die Größe der Gesamtkontaktfläche mit zunehmenden Neigungswinkel gleich bleibt oder zunimmt.
Infolge der Neigung des Käfigs, die beispielsweise durch das Eigengewicht des Käfigs verursacht wird, werden die Stirnanlaufflächen des bzgl. der Schwerkraftrichtung oberhalb der Rotationsachse des Wälzlagers angeordneten Bereichs des Käfigs gegen die zweiten Stirnflächen der Wälzkörper gepresst. Die schwerkraftbedingte Neigung des Käfigs wird beim erfindungsgemäßen Wälzlager zwar nicht verhindert. Allerdings ist die mit der Neigung einhergehende Änderung der Anlaufwinkel bei der Geometrie des Käfigs berücksichtigt, so dass die Gesamtkontaktfläche mit zunehmendem Neigungswinkel nicht abnimmt, sondern gleich bleibt oder zunimmt. Dadurch wird das mit einer Reduzierung der Gesamtkontaktfläche einhergehende negative Verschleißverhalten vermieden, so dass das erfindungsgemäße Wälzlager im Bereich der Stirnanlaufflächen des Käfigs vergleichsweise geringe Verschleißerscheinungen zeigt.
Das erfindungsgemäße Wälzlager ist insbesondere so ausgebildet, dass bei einer parallelen Anordnung der Langsachse des Käfigs und der Rotationsachse des Wälzlagers die Anlaufwinkel jeweils betragsmäßig wenigstens 0,5° betragen, so dass der Abstand zwischen den Stirnanlaufflächen des Käfigs und den benachbarten zweiten Stirnflächen der Wälzkörper jeweils mit zunehmender Entfernung von der Rotationsachse des Wälzlagers abnimmt. Dadurch wird erreicht, dass bei einer Neigung des Käfigs dort, wo der Käfig infolge der Neigung zunehmend gegen die Wälzkörper gepresst wird und somit eine große Verschleißgefahr besteht, die Kontaktfläche zwischen den Stirnanlaufflächen des Käfigs und den zweiten Stirnflächen der Wälzkörper jeweils relativ groß ist.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn bei einer parallelen Anordnung der Längsachse des Käfigs und der Rotationsachse des Wälzlagers die Anlaufwinkel betragsmäßig maximal 5°, vorzugsweise maximal 2° betragen. Dies führt bei üblichen Geometrien des Wälzlagers in der Regel zu günstigen Anlaufverhältnissen im geneigten Zustand des Käfigs. Insbesondere können die Anlaufwinkel bei einer parallelen Anordnung der Längsachse des Käfigs und der Rotationsachse des Wälzlagers für alle Wälzkörper jeweils den gleichen Wert aufweisen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Anlaufwinkel im maximal geneigten Zustand des Käfigs um betragsmäßig wenigstens 0,5° über den Umfang des Käfigs variieren. Vorzugsweise weist der Anlaufwinkel im maximal geneigten Zustand des Käfigs für jeweils wenigstens einen der Wälzkörper einen betragsmäßig kleineren Wert auf als bei einer parallelen Ausrichtung der Längsachse des Käfigs zur Rotationsachse des Wälzlagers. Durch die Reduzierung des Anlaufwinkels wird das Anlaufverhalten verbessert und somit der Verschleiß reduziert, falls das Wälzlager mit maximal geneigtem Käfig oder in der Nähe dieses Zustands betrieben wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der der Anlaufwinkel im maximal geneigten Zustand des Käfigs für jeweils wenigstens einen der Wälzkörper betragsmäßig maximal 0,5°, vorzugsweise maximal 0,2°, beträgt. Wenn sich das Wälzlager dreht, wird der Wälzkörper bzw. werden die Wälzkörper variieren, für die diese Bedingung erfüllt ist.
Die Größe der Kontaktflächen zwischen den Stirnanlaufflächen des Käfigs und den zweiten Stirnflächen der Wälzkörper kann im maximal geneigten Zustand des Käfigs über den Umfang des Käfigs variieren.
Das erfindungsgemäße Wälzlager ist vorzugsweise so ausgebildet, dass bei horizontaler Anordnung der Rotationsachse des Wälzlagers die Längsachse des Käfigs schwerkraftbedingt um einen Neigungswinkel von betragsmäßig wenigstens 0,5° zur Rotationsachse des Wälzlagers geneigt ist. Weiterhin kann bei horizontaler Anordnung der Rotationsachse des Wälzlagers der Anlaufwinkel in einem ersten Umfangsbereich des Käfigs einen kleineren Wert aufweisen als in einem zweiten Umfangsbereich, der bezüglich der Schwerkraftrichtung unterhalb des ersten Umfangsbereichs angeordnet ist. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Wälzlager für eine Einbaugeometrie ausgelegt, in der die Rotationsachse des Wälzlagers einen Winkel von maximal 45° mit der Horizontalen einschließt.
Die Wälzkörper können im Bereich ihrer zweiten Stirnflächen jeweils eine Vertiefung aufweisen. In diesem Fall sind die Kontaktflächen zwischen den zweiten Stirnflächen der Wälzkörper und den Stirnanlaufflächen des Käfigs vorzugsweise radial außerhalb der Vertiefungen ausgebildet. Auf diese Weise werden etwaige Beeinträchtigungen des Anlaufverhaltens durch die Vertiefungen vermieden.
Das erfindungsgemäße Wälzlager ist vorzugsweise einreihig ausgebildet. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Wälzlager wenigstens eine Schulter aufweisen, an der die Wälzkörper axial anlaufen.
Der Käfig kann durch Stege voneinander getrennte Taschen aufweisen, in denen die Wälzkörper angeordnet sind. Weiterhin kann der Käfig am ersten axialen Ende einen ersten Seitenring und/oder am zweiten axialen Ende einen zweiten Seitenring aufweisen. Die Stirnanlaufflächen sind vorzugsweise am zweiten Seitenring ausgebildet sind. Eine derartige Ausbildung des Käfigs ist mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbar und für zahlreiche Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Wälzlagers gut geeignet.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Wälzlager so ausgebildet sein, dass sich der Käfig auf den Wälzkörpern abstützt. Der Käfig kann beispielsweise als ein Blechteil ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Käfig gehärtet. Das erhöht die Verschleißfestigkeit. Insbesondere kann der Käfig auch nitrocarburiert sein. Weiterhin ist es im Hinblick auf einen geringen Verschleiß von Vorteil, wenn der Käfig im Bereich der Stirnanlaufflächen eine Oberflächenrauigkeit Ra von maximal 0,3 aufweist. Dieser Wert bezieht sich auf eine Cut-Off-Länge von 0,8 mm.
Dass erfindungsgemäße Wälzlager kann einen Innendurchmesser von wenigstens 100 mm, vorzugsweise wenigstens 120 mm, besonders bevorzugt wenigstens 150 mm aufweisen. Wenn das Wälzlager einen Innenring aufweist, ist der Innendurchmesser des Wälzlagers als der Bohrungsdurchmesser des Innenrings definiert. Bei großen Wälzlagern kommen die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile besonders deutlich zur Geltung. Entsprechendes gilt auch für schnelldrehende Wälzlager, beispielsweise zur Lagerung des "High Speed Shaft" im Getriebe einer Windkraftanlage. Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Wälzlagern bezieht sich daher auf den Einsatz bei einer Windkraftanlage.
Weiterhin wirkt sich die Erfindung dann besonders vorteilhaft aus, wenn wenigstens eine Laufbahn mit der Rotationsachse des Wälzlagers einen Winkel von wenigstens 15°, vorzugsweise wenigstens 20°, einschließt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlagers in Schnittdarstellung,
2, 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich einer der Stirnanlaufflächen des Käfigs,
4 ein Ausführungsbeispiel des Käfigs in Schnittdarstellung,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Käfigs in Schnittdarstellung und
6 ein Ausführungsbeispiel für einen Wälzkörper in Seitenansicht.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wälzlagers in Schnittdarstellung. Das Wälzlager kann beispielsweise für den Einsatz in einem Getriebe einer Windkraftanlage eingesetzt werden, insbesondere zur Lagerung eines "High Speed Shaft" oder auch für andere Anwendungen mit schnelldrehenden Lager, die vergleichsweise große Abmessungen aufweisen.
Das Wälzlager ist als Radialkegelrollenlager ausgebildet und weist einen Innenring 1 mit einer kegelig ausgebildeten inneren Laufbahn 2 auf. Die innere Laufbahn 2 erstreckt sich lateral zwischen einer kleinen Schulter 3 und einer großen Schulter 4, die jeweils radial über den unmittelbar benachbarten Bereich der inneren Laufbahn 2 überstehen. Der Durchmesser der inneren Laufbahn 2 nimmt von der kleinen Schulter 3 zur großen Schulter 4 zu. Der Bohrungsdurchmesser des Innenrings 1 kann 100 mm oder mehr betragen. Vorzugsweise beträgt der Bohrungsdurchmesser wenigstens 120 mm oder gar wenigstens 150 mm.
Weiterhin weist das Wälzlager einen Außenring 5 mit einer kegelig ausgebildeten äußeren Laufbahn 6 auf. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Außenring 5 schulterlos ausgeführt. Der Winkel zwischen der äußeren Laufbahn 6 des Außenrings 5 und der Rotationsachse des Wälzlagers beträgt vorzugsweise wenigstens 15°, insbesondere wenigstens 20°.
Der Innenring 1 und der Außenring 5 können aus gehärtetem Stahl, insbesondere aus einsatzgehärtetem Stahl, bestehen.
Zwischen der inneren Laufbahn 2 und der äußeren Laufbahn 6 rollen Wälzkörper 7 ab. Die Wälzkörper 7 weisen eine kegelige Mantelfläche 8 auf, die sich zwischen einer kleinen Stirnfläche 9 und einer großen Stirnfläche 10 erstreckt. Die große Stirnfläche 10 weist einen größeren Außendurchmesser als die kleine Stirnfläche 9 auf. Details zur Ausbildung der Wälzkörper 7 werden anhand von 6 erläutert.
Die Wälzkörper 7 werden in einem Käfig 11 geführt, der die Wälzkörper 7 in einem definierten Abstand zueinander hält und eine Schiefstellung der Wälzkörper 7 verhindert. Der Käfig 11 weist Stirnanlaufflächen 12 auf, an denen die großen Stirnflächen 10 der Wälzkörper 7 anlaufen. Dies wird anhand der 2 und 3 näher erläutert. Die sonstige Ausbildung des Käfigs 11 wird anhand der 4 und 5 erläutert.
Die 2 und 3 zeigen jeweils einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich einer der Stirnanlaufflächen 12 des Käfigs 11. Der dargestellte Ausschnitt ist in 1 durch einen Kreis kenntlich gemacht. In die 2 und 3 sind zusätzlich zu den erfindungsgemäß ausgebildeten Stirnanlaufflächen 12 gemäß dem Stand der Technik ausgebildete Stirnanlaufflächen 12' als gestrichelte Linien eingezeichnet. Die Darstellungen der 2 und 3 beziehen sich auf geringfügig unterschiedliche Ausrichtungen des Käfigs 11 relativ zum Wälzlager, die jeweils eine andere Positionierung der dargestellten Stirnanlauffläche 12 bzw. 12' des Käfigs 11 relativ zur großen Stirnfläche 10 des benachbarten Wälzkörpers 7 zur Folge haben.
Die in 2 dargestellte Positionierung der Stirnanlauffläche 12 bzw. 12' liegt dann vor, wenn die Langsachse des Käfigs 11 und die Rotationsachse des Wälzlagers zusammenfallen. Mit anderen Worten, 2 bezieht sich auf eine Situation, in welcher der Käfig 11 zentriert im Wälzlager angeordnet ist.
Die in 3 dargestellte Positionierung der der Stirnanlauffläche 12 bzw. 12' liegt dann vor, wenn die Längsachse des Käfigs 11 gegen die Rotationsachse des Wälzlagers geneigt ist und der Käfig 11 somit nicht zentriert im Wälzlager angeordnet ist. Die Neigung kann bei einer horizontalen Anordnung des Wälzlagers, d. h. bei einer horizontalen Orientierung der Rotationsachse des Wälzlagers, durch den Einfluss der Schwerkraft entstehen.
Wie aus 2 hervorgeht, ist die Stirnanlauffläche 12' gemäß dem Stand der Technik bei einer zentrierten Anordnung des Käfigs 11 im Wälzlager parallel zum unmittelbar benachbarten Bereich der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 angeordnet. Demgegenüber schließen bei der Erfindung die Stirnanlauffläche 12 des Käfigs 11 und der unmittelbar benachbarte Bereich der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 einen Anlaufwinkel α miteinander ein. Falls die Stirnanlauffläche 12 des Käfigs 11 oder die große Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 nicht eben ausgebildet ist, ist der Anlaufwinkel α als Mittelwert der Winkel für sämtliche Kontaktpunkte zwischen den Flächen definiert. Der Anlaufwinkel α weist vorzugsweise einen Wert zwischen 0,5° und 2° auf. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist in 2 der Wert des Anlaufwinkels α übertrieben groß dargestellt.
Wie aus 2 weiter hervorgeht, liegt die Stirnanlauffläche 12' bei einer Ausbildung gemäß dem Stand der Technik im zentrierten Zustand des Käfigs 11 vollflächig an der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 an, falls die Stirnanlauffläche 12' nicht infolge des Spiels der Wälzkörper 7 im Käfig 11 zur großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 beabstandet ist. Dies bedeutet, dass in diesem Fall der Anlaufwinkel α den Wert 0° aufweist.
Demgegenüber liegt die Stirnanlauffläche 12 bei einer Ausbildung gemäß der Erfindung im zentrierten Zustand des Käfigs 11 nur in einem sehr kleinen Gebiet an der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 an.
Wenn der Käfig 11 im Wälzlager geneigt angeordnet ist, ergibt sich eine andere Situation. Aus 3 ist ersichtlich, dass im geneigten Zustand des Käfigs 11 die Stirnanlauffläche 12 gemäß der Erfindung vollflächig an der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 anliegt, d. h. der Anlaufwinkel α einen Wert von 0° aufweist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Wert von 0° für den Anlaufwinkel α nicht exakt erreicht wird. Vorzugsweise sollte der Wert für den Anlaufwinkel α im geneigten Zustand des Käfigs 11 maximal 0,5°, besonders bevorzugt maximal 0,2°, betragen.
In 3 liegt die Stirnanlauffläche 12' gemäß dem Stand der Technik nur in einem kleinen Bereich an der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 an. Der Anlaufwinkel α weist einen größeren Wert als bei der Stirnanlauffläche 12 gemäß der Erfindung auf und stimmt ungefähr mit einem Neigungswinkel überein, um den die Langsachse des Käfigs 11 relativ zur Rotationsachse des Wälzlagers geneigt ist.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Stirnanlauffläche 12 des Käfigs 11 führt somit dazu, dass die zwischen der Stirnanlauffläche 12 des Käfigs 11 und der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 ausgebildete Kontaktfläche im zentrierten Zustand des Käfigs 11 relativ klein und im geneigten Zustand des Käfigs 11 relativ groß ist. Eine Stirnanlauffläche 12' gemäß dem Stand der Technik zeigt ein umgekehrtes Verhalten. Dies gilt jedoch jeweils nur für die in den 3 und 4 dargestellte Stirnanlauffläche 12. Diese Stirnanlauffläche 12 ist oberhalb der Langsachse des Käfigs 11 angeordnet. Ähnliches gilt für weitere Stirnanlaufflächen 12, die ebenfalls oberhalb der Langsachse des Käfigs 11 angeordnet sind.
Die Stirnanlaufflächen 12 unterhalb der Längsachse des Käfigs 11 zeigen ein anderes Verhalten. Bei diesen Stirnanlaufflächen 12 vergrößert sich der Anlaufwinkel α beim Übergang vom zentrierten in den geneigten Zustand des Käfigs 11. Dies ist aber unproblematisch, da diese Stirnflächen 12 in der Regel nicht an den großen Stirnflächen 10 der Wälzkörper 7 anliegen.
Bei den Stirnanlaufflächen 12' gemäß dem Stand der Technik hängt das Verhalten nicht davon ab, ob die Stirnanlaufflächen 12' unterhalb oder oberhalb der Längsachse des Käfigs 11 angeordnet sind.
Beim tatsächlichen Betrieb des Wälzlagers ist der Käfig 11 nicht zentriert, sondern infolge der Einwirkung der Schwerkraft geneigt im Wälzlager angeordnet. Dies gilt zumindest bei einem waagerechten oder nahezu waagerechten Einbau des Wälzlagers. Für das Verschleißverhalten des Käfigs 11 sind daher die Verhältnisse im geneigten Zustand des Käfigs 11 maßgeblich. Eine große Kontaktfläche zwischen der Stirnanlauffläche 12 bzw. 12' des Käfigs 11 und der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 wirkt sich positiv auf das Verschleißverhalten aus. Somit kommt es bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Stirnanlauffläche 12 zu einem geringeren Verschleiß als bei der Stirnanlauffläche 12' gemäß dem Stand der Technik.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Käfigs 11 in Schnittdarstellung. Der Käfig 11 ist aus Blech gefertigt und weist eine Oberflächenrauigkeit Ra von vorzugsweise weniger als 0,3 bei einer Cut-Off-Länge von 0,8 mm auf. Der Käfig 11 kann gehärtet sein. Insbesondere kann der der Käfig 11 einer Nitrocarburierung unterzogen sein, wobei die Eindringtiefe vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 0,6 mm beträgt.
Der Käfig 11 weist eine Vielzahl von Taschen 13 zur Aufnahme der Wälzkörper 7 auf. Die Taschen 13 sind durch Stege 14 voneinander getrennt, die den Wälzkörpern 7 zugewandte Seitenflächen 15 aufweisen. Die Formgebung der Seitenflächen 15 ist an die Wälzkörper 7 angepasst. Einzelheiten hierzu gehen für ein weiteres Ausführungsbeispiel des Käfigs 11 aus 5 hervor. Die Stege 14 erstrecken sich jeweils zwischen einem kleinen Seitenring 16 und einem großen Seitenring 17 des Käfigs 11. Der große Seitenring 17 weist einen größeren Außendurchmesser auf als der kleine Seitenring 16. Auf der den Wälzkörpern 7 zugewandten Innenseite des großen Seitenrings 17 sind die Stirnanlaufflächen 12 ausgebildet. Die Stirnanlaufflächen 12 und/oder die Seitenflächen 15 können durch Prägeoperationen ausgebildet sein. Der Käfig 11 ist vorzugsweise einteilig ausgebildet, d. h. sämtliche vorstehend beschriebenen Komponenten sind aus einem gemeinsamen Materialstück hergestellt.
Der Käfig 11 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich die Stege 14 im Bereich der Seitenflächen 15 auf den Wälzkörpern 7 abstützen. Der Käfig 11 ist somit vorzugsweise wälzkörpergeführt.
Zur Montage des Käfigs 11 im Wälzlager kann der Käfig 11 radial aufgeweitet oder ausgebeult werden und dann mit den Wälzkörpern 7 bestückt über die kleine Schulter 3 auf den Innenring 1 aufgeschoben werden. Danach kann der Käfig 11 wieder radial eingezogen werden.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Käfigs 11 in Schnittdarstellung. Die in 5 gewählte Schnittebene ist senkrecht zur Schnittebene der 5 angeordnet. Zur Veranschaulichung der Einbausituation des Käfigs 11 im Wälzlager sind die Umrisse zweier Wälzkörper 7 zum Teil angedeutet. Der in 5 dargestellte Käfig 11 ist analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 4 als ein Taschenkäfig ausgebildet. Abweichend vom Ausführungsbeispiel der 5 ist der Käfig 11 jedoch nicht aus Blech, sondern aus Kunststoff gefertigt, vorzugsweise in Spritzgusstechnik. Dabei besteht die Möglichkeit, die Seitenflächen 15 der Stege 14 an die Mantelflächen 8 der Wälzkörper 7 angepasst auszubilden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Seitenflächen 15 jeweils in eine innere Seitenfläche 18 und eine äußere Seitenfläche 19 unterteilt, die miteinander einen stumpfen Winkel einschließen. Der Übergangsbereich zwischen der inneren Seitenfläche 18 und der äußeren Seitenfläche 19 ist jeweils abgerundet ausgebildet.
Als Kunststoffmaterial für die Herstellung des in 5 dargestellten Käfigs 11 eignet sich beispielsweise Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK).
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Wälzkörper 7 in Seitenansicht. Die kleine Stirnfläche 9 des Wälzkörpers 7 ist eben ausgebildet. Der Übergangsbereich zwischen der kleinen Stirnfläche 9 und der Mantelfläche 8 ist abgerundet.
Die große Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 ist als ein kreisförmig berandetes Segment einer Kugeloberfläche ausgebildet und weist eine zentral angeordnete, kreisförmige Vertiefung 20 auf. Die Kontaktfläche zwischen der großen Stirnfläche 10 des Wälzkörpers 7 und der Stirnanlauffläche 12 des Käfigs 11 wird vorzugsweise radial außerhalb der Vertiefung 20 ausgebildet. Der Übergangsbereich zwischen der großen Stirnfläche 10 und der Mantelfläche 8 ist abgerundet ausgebildet.
Die Wälzkörper 7 können beispielsweise aus durchgehärtetem Stahl bestehen.

1: Innenring
2: innere Laufbahn
3: kleine Schulter
4: große Schulter
5: Außenring
6: äußere Laufbahn
7: Wälzkörper
8: Mantelfläche
9: kleine Stirnfläche
10: große Stirnfläche
11: Käfig
12: Stirnanlauffläche
13: Tasche
14: Steg
15: Seitenfläche
16: kleiner Seitenring
17: großer Seitenring
18: innere Seitenfläche
19: äußere Seitenfläche
20: Vertiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005009772 A1 [0004]

Claims

Wälzlager mit – wenigstens einer Laufbahn (2, 6), die sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende kegelig erweitert, – Wälzkörpern (7), die auf der Laufbahn (2, 6) abrollen und – einem Käfig (11) zur Führung der Wälzkörper (7), wobei – die Wälzkörper (7) jeweils eine erste Stirnfläche (9) aufweisen, die zum ersten Ende der Laufbahn (2, 6) hin orientiert ist und eine zweite Stirnfläche (10), die zum zweiten Ende der Laufbahn (2, 6) hin orientiert ist, – der Käfig (11) sich entlang einer Längsachse von einem ersten axialen Ende zu einem zweiten axialen Ende kegelig erweitert, – der Käfig (11) Stirnanlaufflächen (12) aufweist, die jeweils einen Anlaufwinkel (α) mit den benachbarten zweiten Stirnflächen (10) der Wälzkörper (7) einschließen und an denen die benachbarten zweiten Stirnflächen (10) der Wälzkörper (7) jeweils innerhalb einer Kontaktfläche berührend anliegen, wobei sämtliche Kontaktflächen zusammengenommen eine Gesamtkontaktfläche bilden, – die Längsachse des Käfigs (11) zu einer Rotationsachse des Wälzlagers um einen Neigungswinkel von betragsmäßig wenigstens 0,5° neigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnanlaufflächen (12) des Käfigs (11) so geformt sind, dass ausgehend von einer parallelen Anordnung der Längsachse des Käfigs (11) und der Rotationsachse des Wälzlagers die Größe der Gesamtkontaktfläche mit zunehmenden Neigungswinkel gleich bleibt oder zunimmt.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer parallelen Anordnung der Langsachse des Käfigs (11) und der Rotationsachse des Wälzlagers die Anlaufwinkel (α) jeweils betragsmäßig wenigstens 0,5° betragen, so dass der Abstand zwischen den Stirnanlaufflächen (12) des Käfigs (11) und den benachbarten zweiten Stirnflächen (10) der Wälzkörper (7) jeweils mit zunehmender Entfernung von der Rotationsachse des Wälzlagers abnimmt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer parallelen Anordnung der Längsachse des Käfigs (11) und der Rotationsachse des Wälzlagers die Anlaufwinkel (α) betragsmäßig maximal 5°, vorzugsweise maximal 2° betragen.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufwinkel (α) bei einer parallelen Anordnung der Längsachse des Käfigs (11) und der Rotationsachse des Wälzlagers für alle Wälzkörper (7) jeweils den gleichen Wert aufweisen.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlaufwinkel (α) im maximal geneigten Zustand des Käfigs (11) um betragsmäßig wenigstens 0,5° über den Umfang des Käfigs (11) variieren.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlaufwinkel (α) im maximal geneigten Zustand des Käfigs (11) für jeweils wenigstens einen der Wälzkörper (7) einen betragsmäßig kleineren Wert aufweist als bei einer parallelen Ausrichtung der Längsachse des Käfigs (11) zur Rotationsachse des Wälzlagers.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlaufwinkel (α) im maximal geneigten Zustand des Käfigs (11) für jeweils wenigstens einen der Wälzkörper (7) betragsmäßig maximal 0,5°, vorzugsweise maximal 0,2°, beträgt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Kontaktflächen zwischen den Stirnanlaufflächen (12) des Käfigs (11) und den zweiten Stirnflächen (10) der Wälzkörper (7) im maximal geneigten Zustand des Käfigs (11) über den Umfang des Käfigs (11) variiert.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei horizontaler Anordnung der Rotationsachse des Wälzlagers die Langsachse des Käfigs (11) schwerkraftbedingt um einen Neigungswinkel von betragsmäßig wenigstens 0,5° zur Rotationsachse des Wälzlagers geneigt ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei horizontaler Anordnung der Rotationsachse des Wälzlagers der Anlaufwinkel (α) in einem ersten Umfangsbereich des Käfigs (11) einen kleineren Wert aufweist als in einem zweiten Umfangsbereich, der bezüglich der Schwerkraftrichtung unterhalb des ersten Umfangsbereichs angeordnet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es für eine Einbaugeometrie ausgelegt ist, in der die Rotationsachse des Wälzlagers einen Winkel von maximal 45° mit der Horizontalen einschließt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) im Bereich ihrer zweiten Stirnflächen (10) jeweils eine Vertiefung (20) aufweisen und die Kontaktflächen zwischen den zweiten Stirnflächen (10) der Wälzkörper (7) und den Stirnanlaufflächen (12) des Käfigs (11) radial außerhalb der Vertiefungen (20) ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einreihig ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Schulter (3, 4) aufweist, an der die Wälzkörper (7) axial anlaufen.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11) durch Stege (14) voneinander getrennte Taschen (13) aufweist, in denen die Wälzkörper (7) angeordnet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11) am ersten axialen Ende einen ersten Seitenring (16) und/oder am zweiten axialen Ende einen zweiten Seitenring (17) aufweist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnanlaufflächen (12) am zweiten Seitenring (17) ausgebildet sind.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Käfig (11) auf den Wälzkörpern (7) abstützt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11) als ein Blechteil ausgebildet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11) gehärtet ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11) nitrocarburiert ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11) im Bereich der Stirnanlaufflächen (12) eine Oberflächenrauigkeit Ra von maximal 0,3 aufweist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Innendurchmesser von wenigstens 100 mm, vorzugsweise wenigstens 120 mm, besonders bevorzugt wenigstens 150 mm aufweist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Laufbahn (2, 6) mit der Rotationsachse des Wälzlagers einen Winkel von wenigstens 15°, vorzugsweise wenigstens 20°, einschließt.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer Windkraftanlage eingesetzt wird.