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Die
Erfindung betrifft ein Wälzlagerteil,
insbesondere einen Wälzlagerring
oder einen Wälzkörper, nach
Anspruch 1.
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Aus
der Praxis sind Wälzlagerteile
für Wälzlager,
insbesordere Wälzlagerringe
oder Wälzkörper, bekannt,
wobei das Wälzlagerteil
ein Korpus mit einer Drehachse umfasst und eine Kontaktfläche zu einem
weiteren Wälzlagerteil
an einer Mantelfläche des
Umfangs des Korpus, wobei im Lastfall in einem Abschnitt der Kontaktfläche ein
flächiger
Berührungskontakt
zu dem weiteren Wälzlagerteil,
insbesondere einem Wälzkörper oder
einem Wälzlagerring
ausgebildet wird. Ist das Wälzlagerteil
beispielsweise ein zylindrischer Wälzkörper und das weitere Wälzlagerteil
ein Innenring des Wälzlagers,
rollt die zylindrische Mantelfläche
des Wälzkörpers an
einer hohlzylindrischen Laufbahn des Innenrings ab. Dabei tritt
ein Berührungskontakt
zwischen der Mantelfläche
und der Laufbahn auf, wobei im Bereich des Berüh rungskontaktes Kräfte übertragen
werden und die Last abgestützt
wird.
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Der
Berührungskontakt
kann sich als Linienkontakt ausbilden, wobei die Berührfläche zwischen der
Mantelfläche
des Wälzkörpers und
der Laufbahn an dem Innenring eine Linie bzw. bei hoher Last eine rechteckige
Fläche
ausbildet; hierzu wird der Wälzkörper möglichst
so ausgebildet, dass er eine möglichst
lange axiale Erstreckung, entlang der Drehachse, aufweist. Nachteilig
ist bei der Ausbildung des Linienkontaktes, dass eine hohe Reibung
auftritt, auch bereits bei geringen Lasten, sowie weiter, dass im Betrieb
des Wälzlagers
Schmierstoff verdrängt
werden muss, so dass spezielle Schmierstoffe wie geeignete Fette
erforderlich sind.
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Der
Berührungskontakt
kann sich auch als Punktkontakt ausbilden, wobei die Kontaktfläche bei höherer Last
eine Ellipse ist. Derartige Punktkontakte ermöglichen nur eine geringe Lastaufnahme.
Punktkontakte bilden sich ohne weiteres aus, wenn an der Mantelfläche des
Wälzkörpers bzw.
an der Laufbahn des Innenrings vorstehende Stelle vorhanden sind. Im
Bereich dieser vorstehenden Stellen wird auf den Wälzkörper ein
Moment übertragen,
das zur Schränkung
des Wälzkörpers führt. Nachteilig
ist, dass die Schränkung
eines Wälzkörpers kaum
einstellbar oder steuerbar ist, sowie weiter, dass für verschiedene
Wälzkörper gleicher
Bauart die Schränkung
unterschiedlich ist. Ein derartiger Punktkontakt tritt beispielsweise
bei Tonnenrollen oder Pendelrollen auf, wobei die Mantelfläche des
Wälzkörpers gekrümmt ist
und die Laufbahn ebenfalls gekrümmt
ausgebildet wird, wobei ein Krümmungsradius
der Laufbahn größer ist
als ein Krümmungsradius
des Wälzkörpers, speziell
der Pendelrolle oder der Tonnenrolle.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Wälzlagerteil, insbesondere einen
Wälzlagerring
oder einen Wälzkörper, anzugeben,
der verbesserte lastab hängige
Betriebseigenschaften aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Wälzlagerteil
nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass
eine erste Erhebung im Bereich der Kontaktfläche und eine zweite Erhebung
im Bereich der Kontaktfläche
vorgesehen sein, wobei bei geringer Last die Fläche des Berührungskontaktes der ersten
Erhebung von der Fläche
des Berührungskontaktes
der zweiten Erhebung räumlich
getrennt ist, und wobei bei hoher Last die Flächen der beiden Berührungskontakte
der beiden Erhebungen ineinander übergehen.
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Die
beiden Erhebungen stellen sicher, dass bei geringer Last jeweils
ein Punktkontakt ausgebildet wird, wobei das Auftreten der beiden
Punktkontakte durch die Anordnung der Erhebungen einstellbar und
vorhersehbar wird. Insbesondere können mehrere Erhebungen an
der Mantelfläche
des Wälzlagerteils
vorgesehen sein, so dass sich die Last über einen größeren Flächenabschnitt
der Mantelfläche verteilt.
Die zwei Erhebungen schließen
untereinander einen Zwischenraum ein, durch den Schmiermittel treten
kann. Mit zunehmender Last gehen die zuvor räumlich getrennten Flächen des
Berührungskontaktes,
nämlich
die Kontaktellipsen der beiden Erhebungen, ineinander über, so
dass sich ein Linienkontakt ausbildet. Das Wälzlagerteil weist bei geringer
Last eine nur geringe Reibung auf und bietet bei hoher Last eine
hohe Tragfähigkeit.
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Als
Erhebung wird dabei eine solche Stelle an der Oberfläche des
Korpus des Wälzlagerteils
angesehen, die auf das andere Wälzlagerteil
weist und einen größeren bzw.
kleineren Abstand zu der Drehachse aufweist als die nähere Umgebung.
Ist das Wälzlagerteil
ein Wälzkörper, steht
die Erhebung über
die angrenzenden Abschnitte der Mantelfläche vor und weist auf den Lagerring,
an dem der Wälzkörper abrollt.
Bezogen auf die Drehachse des Wälzkörpers ist
ein Abstand zu der Drehachse im Bereich der Erhebung größer als
in der an die Erhebung angrenzenden Umgebung. Ist das Wälzlagerteil
ein Wälzlagerring,
nämlich
ein Innenring, ist eine Erhebung ein solcher Abschnitt der äußeren Mantelfläche des
Innenrings im Bereich der Laufbahn, dessen Abstand zu der Drehachse
des Innenrings größer ist
als der Abstand der unmittelbaren Umgebung der Erhebung. Ist das
Wälzlagerbestandteil
ein Außenring,
ist eine Erhebung ein solcher Abschnitt des inneren Mantelfläche des
Außenrings
im Bereich der Laufbahn, dessen Abstand zu der Drehachse geringer
ist als der Abstand der Stellen aus der unmittelbaren Umgebung der
Erhebung an dem Außenring.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die erste Erhebung und die zweite Erhebung
im wesentlichen den gleichen Abstand zu der Drehachse aufweisen. Mit
zunehmender Last werden beide Erhebungen in gleicher Weise angesprochen,
so dass sich die Last gleichzeitig auf beide Erhebungen verteilt
und ein Schränken
des Wälzkörpers unterdrückt wird.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass eine Vertiefung vorgesehen ist, die zwischen
den beiden Erhebungen angeordnet ist. Bei der Ausbildung der Kontaktellipsen
wird das Material im Bereich der beiden Erhebungen in Richtung auf
die Vertiefung hin elastisch verdrängt, so dass die Ausbildung
der Kontaktellipsen erleichtert wird.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Erhebungen bzw. die Vertiefung die Drehachse
umlaufend ausgebildet sind, wobei die Erhebungen als die Drehachse
umlaufende Wülste
bzw. die Vertiefungen als die Drehachse umlaufende Nuten ausgebildet sind.
Eine derartige Ausbildung ermöglicht
eine gleichmäßige Lastaufnahme
während
einer Umdrehung des Wälzlagerteils
um seine Achse.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass eine dritte Erhebung vorgesehen ist, und dass
ein Abstand der dritten Erhebung von der Drehachse von dem Abstand der
ersten beiden Erhebungen von der Drehachse abweicht. Mit zunehmender
Last bilden sich die Kontaktellipsen nicht nur zwischen den beiden ersten
Erhebungen und der Gegenfläche
des weiteren Wälzlagerteils
aus, sondern auch zwischen der dritten Erhebung und der Gegenfläche. Die
dritte Erhebung erleichtert die Ausbildung des Linienkontaktes,
da die Kontaktellipse der dritten Erhebung die Kontaktellipsen der
ersten beiden Erhebungen überbrückt, und
eine mechanische Überlastung
der ersten beiden Erhebungen, die zu einer unerwünschten plastischen Verformung
der beiden ersten Erhebungen führen
würde,
unterdrückt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus
der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Die
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende
Zeichnung näher
beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ausschnittsweise einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Wälzlagerteils.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ausschnittsweise ein als zylindrischer Wälzkörper 1 ausgebildetes
Wälzlagerteil,
das mit einem weiteren Wälzlagerteil 2,
das als innerer Laufring ausgebildet ist, zusammenwirkt.
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Das
Wälzlagerteil 1 umfasst
ein Korpus mit einer bildlich nicht dargestellten Drehachse und
einer Kontaktfläche
an einer Mantelfläche 3 an
dem Umfang des Korpus. Die Mantelfläche 3 steht abschnittsweise
in Kontakt mit einer Gegenfläche
an einer Mantelfläche 4 des
Korpus des weiteren Wälzlager teils 2. Der
Abschnitt der Mantelfläche 3,
der mit der Mantelfläche 4 der
Gegenfläche
bei maximaler Last in Berührung
steht, bildet eine Kontaktfläche
aus. Bei nicht-maximaler Last steht nur ein Abschnitt der Kontaktfläche in flächigem Berührungskontakt
mit der Mantelfläche 4 des
weiteren Wälzlagerteils 2.
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Im
Bereich der Kontaktfläche
ist eine erste Erhebung 5 und eine zweite Erhebung 6 angeordnet, die
in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachse des Korpus des
Wälzlagerteils 1,
beabstandet sind. Bezogen auf die Drehachse des Wälzlagerteils 1,
also die Drehachse des Wälzkörpers 1,
weisen die beiden Erhebungen 5, 6 den gleichen
Abstand auf. Zwischen den beiden Erhebungen 5, 6 ist
eine Vertiefung 7 angeordnet, die nur in dem Teilbild 1a, das den Fall geringer Last zeigt,
erkennbar ist. Jede der Erhebungen 5, 6 weist
an dem mit der Gegenfläche
befindlichen Kontaktabschnitt im lastfreien Zustand ein, auf die
Gegenfläche
hin weisendes konvexes, insbesondere kreisbogenförmiges Schnittprofil auf, das
verformt wird, wenn ein Kontakt mit der Gegenfläche hergestellt wird und die
anliegende Last eine Kraft in radialer Richtung, also senkrecht
zu der Richtung der Drehachse des Wälzlagerteils 1, bewirkt.
Weiter weist die Vertiefung 7 im Bereich eines Vertiefungsgrundes 9,
der einen minimalen Abstand zu der Drehachse aufweist, ein von der
Gegenfläche fort
weisendes, konkaves und insbesondere kreisbogenförmiges Schnittprofil auf. Das
kreisbogenförmigkonvexe
Profil der Kontaktabschnitte der Erhebungen 5, 6 geht
in einem Übergangsbereich 10 in
das kreisbogenförmig-konkave
Profil des Vertiefungsgrundes 9 über, wobei der Verlauf des
Schnittprofils zwischen dem konvexen und dem konkaven Abschnitt
so interpoliert wurde, dass die jeweilige erste Ableitung in dem Übergangsbereich 10 stetig
ist.
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Die
Vertiefung 7 schließt
mit der Gegenfläche
einen Spalt 8 ein, durch den im wenig belasteten Zustand
des Wälzlagerteils 1 Schmiermittel
hindurchtreten kann.
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Die
Vertiefung 7 ist als die Drehachse entlang des Umfangs
konzentrisch umlaufende Nut ausgestaltet. Die Erhebungen 5, 6 sind
als die Drehachse ebenfalls in Umfangsrichtung umlaufende Wülste ausgebildet,
die axial zu beiden Seiten die Nut begrenzen. Ein Abstand der Gegenfläche zu der
am weitesten in radialer Richtung entfernten Stelle der Vertiefung 7 bzw.
der Nut beträgt
ca. 10 bis 30 μm. Damit
beträgt
im annähernd
lastfreien Zustand der Abstand, gemessen in radialer Richtung, also
senkrecht zu der Drehachse des Wälzkörpers 1,
von dem Vertiefungsgrund 9 zu den an der Gegenfläche anliegenden
Kontaktabschnitten ebenfalls ca. 10 bis ca. 30 μm.
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Im
Fall von nur geringer Last (1a) bildet die
erste Erhebung 5 mit der Gegenfläche eine erste Kontaktellipse
als Fläche
eines Berührungskontaktes aus
und die zweite Erhebung 6 mit der Gegenfläche eine
zweite Kontaktellipse als zweite Fläche eines Berührungskontaktes.
Die beiden Kontaktellipsen sind räumlich getrennt, insbesondere
durch die Vertiefung 7 axial beabstandet.
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Im
Fall von hoher Last (1b) geht die erste Kontaktellipse
der ersten Erhebung 5 in die Kontaktellipse der zweiten
Erhebung 6 über
und der Spalt zwischen der Vertiefung 7, insbesondere dem
Vertiefungsgrund 9, und der Gegenfläche ist geschlossen, so dass
die beiden Kontaktellipsen der beiden Erhebungen 5, 6 ineinander übergehen
und eine in der Querschnittsdarstellung linienhafte Anlagelinie
bzw. Anlagefläche
des Wälzkörpers 1 gegen
den Wälzlagerlaufring 2 gebildet
wird. Die Vertiefung 7 ist dabei durch die elastische Verformung
der beiden Erhebungen 5, 6 soweit umgestaltet,
dass die Vertiefung 7, auch im Bereich des Vertiefungsgrundes 9,
vollflächig
an der Gegenfläche
des zweiten Wälzlagerteils 2 anliegt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war für das Schnittprofil
vorgesehen, dass der im wesentlichen kreisbogenförmigkonvexe Abschnitt im Bereich
des Kontaktabschnittes einer der beiden Erhebungen über einen
im wesentlichen linearen Abschnitt in das im wesentli chen kreisbogenförmig-konkave
Profil des Vertiefungsgrundes 9 übergeht. Es versteht sich,
dass auch eine andere Profilform vorgesehen sein kann, beispielweise
ein Sinus-Profil.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren nur zwei
Erhebungen 5, 6 vorgesehen, die den gleichen Abstand
von der Drehachse aufwiesen. Es versteht sich, dass eine dritte
Erhebung vorgesehen sein kann, die einen geringeren Abstand von
der Drehachse als die ersten beiden Erhebungen 5, 6,
aber einen größeren Abstand
von der Drehachse als die Vertiefung im Bereich des Vertiefungsgrundes 9 aufweist.
Diese dritte Erhebung kann axial mittig zwischen den beiden ersten
Vertiefungen 5, 6 vorgesehen sein, beispielsweise
dort, wo in der Darstellung von 1a der
Vertiefungsgrund 9 vorgesehen ist. Dabei bildet sich zwischen
der ersten Erhebung 5 und der dritten Erhebung eine erste
Vertiefung und zwischen der dritten Erhebung und der zweiten Erhebung 6 eine
zweite Vertiefung aus. Die dritte Erhebung trägt dabei zur Lastaufnahme erst dann
bei, wenn sich im Bereich der ersten beiden Erhebungen 5, 6 bereits
Kontaktellipsen ausgebildet haben.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausfürhungsbeispiel betrug der Abstand
der Gegenfläche zu
der am weitesten in radialer Richtung entfernten Stelle der Vertiefung 7 bzw.
der Nut beträgt
ca. 10 bis 30 μm.
Damit betrug im annähernd
lastfreien Zustand der Abstand, gemessen in radialer Richtung, also senkrecht
zu der Drehachse des Wälzkörpers 1,
von dem Vertiefungsgrund 9 zu den an der Gegenfläche anliegenden
Kontaktabschnitten ebenfalls ca. 10 bis ca. 30 μm. Der genannte Wertebereich
von ca. 10 bis ca. 30 μm
bezog sich dabei auf einen Wälzkörper mit einem
Durchmesser von ca. 5 bis 6 mm. Es versteht sich, dass der Abstand
auch andere Werte annehmen kann, beispielsweise innerhalb eines
Bereiches von ca. 5 μm
bis ca. 100 μm.
Insbesondere für
Wälzkörper mit
einem Durchmesser von 100 mm bis 200 mm kann der genannte Abstand
einen Wert bis zu ca. 100 μm
oder mehr erreichen, da derartig massive Wälzkörper wesentlich stärker einfedern
kön nen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war das Wälzlagerteil 1 als
Wälzkörper ausgebildet
und das weitere Wälzlagerteil
als Wälzlagerring,
der eine im wesentlichen unstrukturierte, hohlzylindrische Fläche aufwies.
Es versteht sich, dass das Wälzlagerteil
auch als Wälzlagerring,
insbesondere als Außen-
oder Innenring eines Wälzlagers
ausgebildet sein, kann, der eine Profilierung wie vorstehend beschrieben
aufweisen kann, und der mit einem weiteren, als Wälzkörper ausgebildeten
Wälzlagerteil
zusammenwirkt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die Erhebungen
als Wülste
ausgebildet, die die Drehachse des Wälzkörpers 1 umlaufen,
so dass die Erhebungen im wesentlichen eindimensional ausgestaltet
waren. Es versteht sich, dass die Erhebungen auch als über die
angrenzende Mantelfläche
des Korpus des Wälzkörpers überstehende,
im wesentlichen punktförmige
Noppen, beispielsweise mit einem konisch zulaufenden oder kalottenförmigen Profil,
vorgesehen sein können.
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- 1
- Wälzkörper
- 2
- Wälzlagerlaufring
- 3
- Mantelfläche des
Korpus des Wälzkörpers 1
- 4
- Mantelfläche des
Korpus des Wälzlagerlaufrings
- 5
- erste
Erhebung
- 6
- zweite
Erhebung
- 7
- Vertiefung
- 8
- Spalt
- 9
- Vertiefungsgrund
- 10
- Übergangsbereich