DE102011081635A1

DE102011081635A1 - Wälzlageranordnung mit Polygonverbindung

Info

Publication number: DE102011081635A1
Application number: DE201110081635
Authority: DE
Inventors: Jan Georgi; Alban Kronenberger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlageranordnung vorzuschlagen, welche eine verbesserte Verdrehsicherung von mindestens einem Lagerring ermöglicht. Hierzu wird eine Wälzlageranordnung 1 mit einem einstückigen Wälzlagerring 3, 4 vorgeschlagen, wobei der Wälzlagerring 3, 4 mindestens eine Drehachse 2 umlaufende Laufbahn 14a, b für Wälzkörper 5 und eine die Drehachse 2 umlaufende Sitzfläche 8, 11 aufweist, mit einem Tragkörper 6, 7, wobei der Tragkörper 6, 7 den Wälzlagerring 3, 4 trägt und eine die Drehachse 2 umlaufende Auflagefläche 9, 12 aufweist, wobei der Wälzkörperring 3, 4 über die Sitzfläche 8, 11 an der Auflagefläche 9, 12 des Tragkörpers 6, 7 anliegt, wobei die Sitzfläche 8, 11 und die Auflagefläche 9, 12 eine Polygonverbindung 15a, b, c bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung mit einem einstückigen Wälzlagerring, wobei der Wälzlagerring mindestens eine Drehachse umlaufende Laufbahn für Wälzkörper und eine die Drehachse umlaufende Sitzfläche aufweist, mit einem Tragkörper, wobei der Tragkörper den Wälzlagerring trägt und eine die Drehachse umlaufende Auflagefläche aufweist, wobei der Wälzkörperring über die Sitzfläche an der Auflagefläche des Stützpartners anliegt.
Wälzlager umfassen in einer üblichen Bauform einen Innenring, einen Außenring sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring abwälzen. Der Innenring und der Außenring sind oftmals in Umgebungskonstruktionen, wie zum Beispiel in Gehäusen oder Wellen ein- bzw. aufgesetzt. Oft wird zum Beispiel durch Presssitz sichergestellt, dass die Lagerringe sich nicht relativ zu der Umgebungskonstruktion verdrehen.
Es ist jedoch auch bekannt, eine derartige Verdrehung durch formschlüssige Elemente, wie zum Beispiel Stifte zu erreichen.
Die Druckschrift DE3824914C2 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Anordnung zur verdrehsicheren Befestigung von Wälzlagern in einem Gehäuse oder auf einer Welle. Das Wälzlager umfasst zwei Lagerringe, wobei einer der Lagerringe einen Kragen aufweist, welcher zwar kreisrund ausgebildet ist, jedoch exzentrisch zu der Laufbahn des Wälzlagers angeordnet ist. Der Lagerring wird von dem Gehäuse, insbesondere im Bereich des Kragens, formschlüssig aufgenommen, so dass eine Verdrehsicherung durch den exzentrischen Kragen gegeben ist. Die Sitzfläche des Lagerrings ist kreisrund, koaxial und konzentrisch zu der Laufbahn angeordnet.
Gebiet der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wälzlageranordnung vorzuschlagen, welche eine verbesserte Verdrehsicherung von mindestens einem Lagerring ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Wälzlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Wälzlageranordnung vorgeschlagen, welche insbesondere als eine Radialwälzlageranordnung ausgebildet ist. Die Wälzlageranordnung weist einen einstückigen Wälzlagerring auf, welcher mindestens eine eine Drehachse umlaufende Laufbahn für Wälzkörper und eine die Drehachse umlaufende Sitzfläche aufweist. Die Wälzkörper laufen auf der Laufbahn um die Drehachse auf einer koaxialen Kreisbahn. Einstückig bedeutet vorzugsweise, dass die Laufbahn und die Sitzfläche auf einem gemeinsamen Materialstück, insbesondere auf einem gemeinsamen Halbzeug, angeordnet sind. Laufbahn sowie Sitzfläche können jedoch optional eine Beschichtung tragen, um die Funktionsfähigkeit zu verbessern. Ferner ist es möglich, dass die Wälzlageranordnung eine oder mehrere weitere Wälzlagerringe aufweist, welche parallel angeordnet sind, um eine mehrreihige Wälzlageranordnung zu bilden.
Der Wälzlagerring kann als ein Innenring oder als ein Außenring ausgebildet sein. Als Innenring ist an der radialen Außenseite die Laufbahn und an der radialen Innenseite die Sitzfläche angeordnet. Als Außenring ist an der radialen Innenseite die Laufbahn und an der radialen Außenseite die Sitzfläche positioniert.
In der allgemeinsten Ausführungsform der Erfindung kann der Wälzlagerring für eine beliebige Wälzlagerart ausgebildet sein, besonders bevorzugt ist der Wälzlagerring für als Zylinderrollen ausgebildete Wälzkörper ausgelegt.
Die Wälzlageranordnung umfasst einen Tragkörper, welcher den Wälzlagerring trägt. Der Tragkörper kann für einen als Innenring ausgebildeten Wälzlagerring insbesondere als eine Welle oder Achse realisiert sein. Der Tragkörper kann für ein als Außenring realisierten Wälzlagerring insbesondere als ein Gehäuse oder eine andere Aufnahmestruktur ausgebildet sein. Der Tragkörper weist eine die Drehachse umlaufende Auflagefläche auf, wobei sich der Wälzkörperring über seine Sitzfläche an der Auflagefläche des Tragkörpers abstützt. Insbesondere dient die Sitzfläche zur Übertragung der radialen Hauptbelastung auf den Tragkörper.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sitzfläche und die Auflagefläche gemeinsam eine Polygonverbindung bilden.
Die Vorteile von Polygonverbindungen sind insbesondere, dass diese selbstzentrierend sind, eine sehr geringe Neigung zur Kerbwirkung haben und sehr hohe Drehmomente aufnehmen können. Insbesondere sind Polygonverbindungen als lösbare Verbindungen ausgebildet, so dass die Montage der Wälzlageranordnung ermöglicht oder erleichtert wird.
Insbesondere weisen die Sitzfläche und die Auflagefläche in einer Schnittebene senkrecht zu der gemeinsamen Drehachse eine Polygonform als Formschlusskontur für die Polygonverbindung auf. Insbesondere sind die Konturen von Sitzfläche und Auflagefläche in dem genannten Querschnitt komplementär zueinander ausgeführt.
Unter einer Polygonform wird vorzugsweise ein Mehreck, insbesondere ein konvexes Mehreck, mit abgerundeten oder zurückgesetzten Eckbereichen und gekrümmten, insbesondere kreisbogenförmigen oder freigeformten Seiten verstanden. Die Polygonform weist mindestens oder genau zwei Eckbereiche auf.
Bei einer anderen Ausführungsmöglichkeit hat die Polygonform einen wellenförmigen Verlauf, wobei sich in Umlaufrichtung betrachtet Wellenberge und Wellentäler und/oder konvexe und konkave Bereiche abwechseln. Insbesondere kann die Wellenform wie zu der 4 beschrieben für beliebige Ordnungen ausgebildet sein.
Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Formschlussverbindung zwischen Tragkörper und Wälzlagerring in Umlaufrichtung eine Relativverdrehung zwischen Wälzlagerring und Tragkörper verhindert wird. Dies führt zu einer erhöhten Gebrauchsdauer der Wälzlageranordnung, da es anderenfalls zu einem tangentialen Verdrehen in der Auflagefläche oder sogar zu einem axialen Wandern des Wälzlagerrings kommen kann. Dadurch, dass die Sitzfläche in der Polygonverbindung als Formschlusspartner gegenüber der Auflagefläche verwendet wird, ist diese vorzugsweise vollständig umlaufend und großflächig ausgebildet, so dass auftretende Belastungen verteilt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung überlappen die Sitzfläche und die Laufbahn in radialer Richtung zu der Drehachse. Diese Ausgestaltung unterstreicht noch einmal die Überlegung, dass über die Sitzfläche die radialen Belastungen an den Tragkörper übertragen werden. In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sitzfläche in axialer Richtung zu der Drehachse ein- oder beidseitig über die Laufbahn übersteht. Die Laufbahn ist somit in axialer Richtung zu der Drehachse schmaler ausgeführt als die Sitzfläche und wird insbesondere in radialer Richtung vollständig durch diese überdeckt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Sitzfläche und die Auflagefläche in einem Querschnitt senkrecht zu der Drehachse eine Polygonform mit einem Polygon einer Ordnung größer als 2 auf. Somit kann die Polygonform eine Ordnung von 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehr aufweisen. Besonders bevorzugt wird die Polygonform als ein regelmäßiges Polygon, insbesondere als ein Dreieck oder als ein Quadrat ausgebildet. In dieser Ausgestaltung ist es besonders bevorzugt, dass die Polygonform und/oder die Polygonverbindung gemäß der DIN 32711 ausgebildet und insbesondere als ein dort definiertes P3G-Dreieck oder P4C-Viereck realisiert ist.
Bei einer Belastung der Polygonverbindung in Umlaufrichtung kann es trotz einer bevorzugt eingesetzten Presspassung zu einem tangentialen Verdrehen des Wälzlagerrings relativ zu dem Tragkörper kommen. Diese Verdrehung tritt zwar nur in einem sehr kleinen Bereich auf, kann jedoch im Fall eines Außenrings mit Polygonsitzfläche zu einer unerwünschten, permanenten Einschnürung oder im Fall eines Innenrings mit einer Polygonsitzfläche zu einer unerwünschten Aufweitung des Wälzlagerrings führen. Um diese Auswirkungen zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass die Polygonverbindung in Umlaufrichtung um die Drehachse selbsthemmungsfrei oder zumindest selbsthemmungsvermindert ausgebildet ist.
Eine Selbsthemmung zwischen Tragkörper und Wälzlagerring tritt bei einer Relativverdrehung auf, wenn zwischen der Bewegungsrichtung in einem Punkt und der Kontaktfläche zwischen Wälzlagerring und Tragkörper in diesem Punkt ein Winkel als Keilwinkel gegeben ist, welcher größer als ein materialabhängiger Reibwinkel ist. Das Prinzip der Selbsthemmung ist beispielsweise bei Schrauben allgemein bekannt. Dadurch, dass die Polygonverbindung in Umlaufrichtung um die Drehachse insbesondere im Belastungszustand selbsthemmungsfrei oder zumindest selbsthemmungsvermindert ausgebildet ist, können nach einer Belastung der Tragkörper und der Wälzkörperring selbstständig wieder in eine unverspannte Ausgangslage zurück gleiten und auf diese Weise die unerwünschte Einschnürung bzw. Aufweitung wieder reversibel beenden.
Selbsthemmungsvermindert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Keilwinkel in den höher belasteten Zonen größer als der Reibwinkel ist. In Umlaufrichtung werden somit so viele selbsthemmungsfreie Zonen erzeugt, dass etwaige verbleibende selbsthemmende Zonen bei einem Wegfall der Belastung ebenfalls in die Ausgangslage zurückrutschen können.
Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verhältnis Polygonalexzentrizität e zum mittleren Radius rm e/rm > 0,01 gewählt, um eine Wälzlageranordnung mit einer Haftreibungszahl von µ = 0,15 (Stahl auf Stahl) selbsthemmungsfrei oder selbsthemmungsvermindert auszulegen.
Insbesondere wird die Polygonexzentrizität in Abhängigkeit von der Ordnung des Polygons gemäß der folgenden Aufstellung gewählt:

3. Ordnung e/rm > 0,05

4. Ordnung e/rm > 0,04

6. Ordnung e/rm > 0,023

8. Ordnung e/rm > 0,02
Der mittlere Radius rm ist dabei der Radius einer Polygonform, der sich bei einer Mittelung des Abstandes von einem Mittelpunkt der Polygonform ergibt. Die Polygonexzentrizität e ist die maximale Differenz zwischen der Polygonform und dem Kreis mit dem mittleren Radius rm in radialer Richtung zu dem Mittelpunkt.
Bei einer weiteren Konkretisierung oder Weiterbildung der Erfindung werden sogenannte belastete Sektoren in einem Querschnitt senkrecht zu der Drehachse in Umlaufrichtung bei der Polygonform betrachtet. Bei einer Relativverdrehung von Wälzlagerring und Tragkörper ergeben sich in Umlaufrichtung um die Drehachse Bereiche mit variierender Flächenpressung. Insbesondere wechseln sich belastete Sektoren mit unbelasteten Sektoren ab. Für jeden belasteten Sektor kann eine Resultierende als Vertreter für die Flächenbelastung gebildet werden. Die Resultierende weist einen Fußpunkt an der Polygonform auf. Zur Erzeugung einer selbsthemmungsfreien oder selbsthemmungsverminderten Polygonverbindung wird beansprucht, dass in dem Fußpunkt die Tangente eines Kreises (Kreistangente) um die Drehachse durch den Fußpunkt und die Tangente des Polygonprofils in dem Fußpunkt einen Winkel als Keilwinkel einnehmen, welcher größer als der Selbsthemmungswinkel ist. Diese Gestaltungsregel gilt bevorzugt für jeden belasteten Zustand der Wälzlageranordnung.
Die Tangente (Polygontangente) des Polygonprofils steht senkrecht auf einer Normalen auf dem Polygonprofil. Anders ausgedrückt wird die Polygonform im Fußpunkt durch einen Kreis gebildet, welcher einen Mittelpunkt aufweist, der beabstandet zu dem Mittelpunkt der Polygonform angeordnet ist. Der Winkel zwischen einem Radialvektor auf den Fußpunkt von dem Mittelpunkt der Polygonform und dem Mittelpunkt des Kreises für den Fußpunkt nimmt dabei aus geometrischen Gründen den gleichen Winkel ein, wie die Tangente zu dem Kreis um den Mittelpunkt der Polygonform und der Tangente des Profils jeweils in dem Fußpunkt.
Der Selbsthemmungswinkel berechnet sich bevorzugt als Arcustangens aus der Haftreibungszahl. Wird der Selbsthemmungswinkel überschritten, so gleiten die beiden Teile selbsttätig in ihre Ausgangslage zurück. Es ist optional ergänzend möglich, durch Oberflächenbearbeitung, wie zum Beispiel Polieren oder Glätten, bzw. Oberflächenbeschichten oder Schmierstoffe auf den Selbsthemmungswinkel Einfluss zu nehmen.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist die Polygonverbindung so ausgelegt, dass für mindestens 30 %, vorzugsweise für mindestens 50% und insbesondere für mindestens 80 % der Erstreckung in jedem belasteten Sektor die oben genannte Gestaltungsregel gilt.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet der Erfindung ist bei der Lagerung von Planeten in Getrieben von Windkraftanlagen gegeben. Auch andere Anwendungsgebiete mit Wälzlagern mit einem Teilkreisdurchmesser größer 200 mm sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Wälzlageranordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung der Pressungsverteilung an einem Polygonprofil;
3 zwei mögliche Ausführungsformen zur Erzeugung eines Polygonprofils für die Wälzlageranordnung in der 1;
4 eine Darstellung zur Erläuterung der Auslegung des Polygonprofils in der Wälzlageranordnung gemäß der 1;
5 einen Graph zur Illustration von Abhängigkeiten der Parameter des Polygonprofils.
Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Querschnittdarstellung senkrecht zu einer Drehachse 2 der Wälzlageranordnung 1. Eine derartige Wälzlageranordnung kann insbesondere zur Lagerung von Planetengetrieben für Windkraftturbinen eingesetzt werden.
Die Wälzlageranordnung 1 umfasst als Wälzlagerringe einen Außenring 3 und einen Innenring 4, zwischen denen eine Mehrzahl von Wälzkörpern 5, ausgebildet als Zylinderrollen, abwälzend angeordnet sind. Der Außenring 3 ist in einem Gehäuse 6 aufgenommen, der Innenring 4 sitzt auf einer Welle 7. Alternativ hierzu kann der Innenring 4 auch auf einer Achse sitzen und der Außenring 3 in einem Rotationsteil aufgenommen sein.
Wie sich bei genauer Betrachtung der 1 ergibt, ist eine Sitzfläche 8 des Innenrings 4 und eine Auflagefläche 9 der Welle 7 nicht kreisrund ausgebildet, sondern weisen jeweils eine Polygonform mit drei Eckbereichen 10a, b, c auf. Damit wird durch den Innenring 4 und der Welle 7 eine Polygonverbindung 15a zwischen Innenring 4 und Welle 7 ausgebildet.
In analoger Weise ist die Sitzfläche 11 des Außenrings 3 und die Auflagefläche 12 des Gehäuses 6 in einer Polygonform ausgebildet und weist ebenfalls drei Eckbereiche 13a, b, c auf, so dass Sitzfläche 11 und Auflagefläche 12 ebenfalls miteinander eine Polygonverbindung 15b bilden.
Die Polygonformen der Sitzfläche 8, 11 und der Auflageflächen 9, 12 erstrecken sich axial zur Drehachse 2 betrachtet über die gesamte Breite der Laufbahn 14a des Außenrings 3 bzw. 14b des Innenrings 4.
Die Polygonverbindungen 15a, b dienen dazu, ein Verdrehen des Innenrings 4 um die Welle 7 bzw. des Außenrings 3 in dem Gehäuse 6 zu verhindern, da ein entsprechendes Verdrehen zu einem Wandern der Wälzlagerringe 3, 4 führen könnte. Durch die in Umlaufrichtung formschlüssig ausgebildete Polygonverbindung 15a, b wird ein Drehen in Umlaufrichtung und ein damit verbundenes Wandern in axialer Richtung zu der Drehachse 2 unterbunden.
In der 2 ist eine Polygonverbindung 15c dargestellt, wobei in diesem Beispiel der äußere Bereich 16a um den inneren Bereich 16b gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht wird, um die Flächenpressung bei Polygonverbindungen zu illustrieren. Bei dem inneren Bereich 16b kann es sich um die Welle 7 oder den Außenring 3 und bei dem äußeren Bereich 16a um den Innenring 4 bzw. das Gehäuse 6 handeln. Durch die Relativverdrehung entsteht eine Flächenpressung, welche in Umlaufrichtung variiert und welche maßgeblich in drei belasteten Sektoren 17a, b, c auftritt. Die Kräfte innerhalb eines belasteten Sektors 17a, b, c können durch Kräfteaddition in eine Resultierende Fres 18 zusammengefasst werden. Die Resultierende 18 stößt mit ihrer Spitze in einem Fußpunkt C auf die Polygonform der Polygonverbindung 15c.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der 2 gezeigte Darstellung sowohl die Polygonverbindung 15a als auch die Polygonverbindung 15b verdeutlichen kann.
In der 3 sind zwei Beispielkurven für mögliche Polygonprofile für die Sitzflächen 8, 11 bzw. der Auflagenflächen 9, 12 dargestellt. Zum Vergleich ist ein Kreis 19 gestrichelt eingezeichnet, welcher in Umlaufrichtung einen konstanten Radius rm aufweist. Der Graph ist auf diesen konstanten Radius rm normalisiert, so dass die Auftragung der X-Achse auf x/rm und die Auftragung der Y-Achse auf y/rm erfolgt,
Die durchgezogene Linie stellt ein Polygon 3. Ordnung 20 dar, wobei der maximale Abstand in radialer Richtung zwischen dem Kreis 19 und dem Polygon 3. Ordnung 20 als Polygonexzentrizität e bezeichnet wird. Die Polygonform des Polygons 3. Ordnung kann wie folgt erzeugt werden:

x-Koordinate in Parameterdarstellung: x(α, rm, e, n) := (rm – e·cos(n·α))·cos(α) – n·e·sin(n·α)·sin(α) y-Koordinate in Parameterdarstellung: y(α, rm, e, n) := (rm – e·cos(n·α))·sin(α) + n·e·sin(n·α)·cos(α) mit:

alpha/α:: Winkel in Umlaufrichtung
rm:: mittlerer Radius
e:: Polygonexzentrizität
n:: Ordnung des Polygons

Ferner ist eine gestrichelte Linie mit einem Polygon 8. Ordnung 21 – auch Wellenprofil genannt – dargestellt, welches ebenfalls eine Exzentrizität e aufweist und welche nach dem folgen den Gleichungssatz gebildet werden kann:

x-Koordinate in Parameterdarstellung: x(α, rm, e, n) := (rm – e·sin(n·α))·cos(α) y-Koordinate in Parameterdarstellung: y(α, rm, e, n) := (rm – e·sin(n·α))·sin(α)
Der Gleichungssatz kann auch für Polygonformen oder Wellenprofile mit einer Ordnung >= 3, also mit einer Ordnung von, 3, 4, 5, 6, 7, 8 etc. eingesetzt werden.
Bei den beiden Polygonformen 20 und 21 beträgt der Quotient e/rm = 0,06. In der 4 ist das Polygonprofil 20 aus der vorherigen Figur noch einmal (verdreht) gezeigt, um die lokalen Verhältnisse im Bereich eines belasteten Sektors 17a zwischen äußerem Bereich 16a und inneren Bereich 16b darstellen und erläutern zu können. Eingezeichnet ist der Fußpunkt C der Resultierenden 18. Der Fußpunkt C bewegt sich bei einer Rotation der Polygonform 20 um den Mittelpunkt M in einer Kreisbahn und dementsprechend gemäß der Kreistangente 22, die als Pfeil dargestellt ist. Die tatsächliche Kontur der Polygonform 20 verläuft jedoch nicht gemäß der Kreistangente 22, sondern gemäß der Polygontangente 23, die ebenfalls als Pfeil dargestellt ist, wobei die Polygontangente 23 senkrecht auf der Flächennormalen steht. Bewegt sich somit der Außenbereich 16a im Uhrzeigersinn, so muss – bildlich gesprochen – eine Rampe hinaufgefahren werden, welche einen Keilwinkel in der Größe von γ aufweist.
Durch die Profilform des Polygonprofils 20 ist es somit möglich, den Wert des Winkels γ einzustellen.
In der Wälzlageranordnung 1 gemäß der 1 sind Relativverdrehungen zwischen den Wälzlagerringen 3, 4 und dem Tragkörper, also der Welle 7 bzw. dem Gehäuse 6, nicht gewünscht, da eine Relativverdrehung zu einer Deformation der Wälzlagerringe 3, 4 führen würde. Allerdings ist bei einer Belastung in Umlaufrichtung mit einer zumindest mikroskopischen Verschiebung bzw. Verdrehung zu rechnen. Um diese Verschiebung reversibel zu gestalten, wird das Polygonprofil so ausgelegt, dass der Winkel γ in der 4 oberhalb des sogenannten Selbsthemmungswinkels ist. Das bedeutet, dass nach Beendigung der Belastungen in Umlaufrichtung die Wälzlagerringe 3, 4 in Bezug auf die Tragkörper Gehäuse 6 bzw. Welle 7 selbsttätig in die Ausgangslage zurückfahren können.
Lokal betrachtet bedeutet dies, dass als Gestaltungsregel der Winkel γ in dem Fußpunkt C größer als der Arcustangens der Haftreibungszahl der Materialien sein muss (gamma > arctan(µ)). Bei einer Haftreibungszahl von μ = 0,15 wird somit ein Keilwinkel größer als 0,15 rad verlangt, um diese Gestaltungsregel umzusetzen.
Die 5 zeigt eine Berechnung von Polygonprofilen mit Polygonen unterschiedlicher Ordnung und der Entwicklung des Keilwinkels γ in Abhängigkeit des Quotienten mittlerer Radius zu Polygonexzentrizität e/rm. Auf der Y-Achse ist der Keilwinkel in rad aufgetragen, auf der X-Achse der Quotient e/rm. Waagrecht ist eine Grenzlinie bei einem Winkel von 0,15 rad eingezeichnet, die den Graphen in einem darüber liegenden Bereich ohne Selbsthemmung und in einen darunterliegenden Bereich mit Selbsthemmung teilt.
Aus der Auftragung ist zu erkennen, dass bei dem Polygon 3. Ordnung 20 der Quotient e/rm größer als 0,05 sein muss, um mit dem Keilwinkel sicher in einem Bereich oberhalb des Reibwinkels oder des Selbsthemmungswinkels von 0,15 rad zu sein. Bei einem Polygon 4. Ordnung 24 reicht bereits ein Quotient von 0,04, bei der 6. Ordnung 25 ein Quotient von 0,023 und bei der 8. Ordnung bereits ein Quotient von 0,02.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlageranordnung
2: Drehachse
3: Außenring, Wälzlagerring
4: Innenring, Wälzlagerring
5: Wälzkörper
6: Gehäuse
7: Welle
8: Sitzfläche
9: Auflagefläche
10a, b, c: Polygonform
11: Sitzfläche
12: Auflagefläche
13a, b, c: Polygonform
14a, b: Laufbahn
15a, b, c: Polygonverbindung
16a: äußerer Bereich
16b: innerer Bereich
17a, b, c: Sektoren
18: Resultierende
19: Kreis
20: Polygon 3. Ordnung als Polygonprofil
21: Polygon 8. Ordnung oder Wellenform als Polygonprofil
22: Kreistangente
23: Polygontangente
24: Polygon 4. Ordnung als Polygonprofil
25: Polygon 6. Ordnung als Polygonprofil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3824914 C2 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 32711 [0017]

Claims

Wälzlageranordnung (1) mit einem einstückigen Wälzlagerring (3, 4), wobei der Wälzlagerring (3, 4) mindestens eine Drehachse (2) umlaufende Laufbahn (14a, b) für Wälzkörper (5) und eine die Drehachse (2) umlaufende Sitzfläche (8, 11) aufweist, mit einem Tragkörper (6, 7), wobei der Tragkörper (6, 7) den Wälzlagerring (3, 4) trägt und eine die Drehachse (2) umlaufende Auflagefläche (9, 12) aufweist, wobei der Wälzkörperring (3, 4) über die Sitzfläche (8, 11) an der Auflagefläche (9, 12) des Tragkörpers (6, 7) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (8, 11) und die Auflagefläche (9, 12) eine Polygonverbindung (15a, b, c) bilden.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (8, 11) und die Laufbahn (14a, b) in radialer Richtung zu der Drehachse (2) überlappen.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (8, 11) und die Auflagefläche (9, 12) in einem Querschnitt senkrecht zu der Drehachse (2) eine Polygonform mit einem Polygon einer Ordnung größer als 2 aufweisen.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (8, 11) und die Auflagefläche (9, 12) in einem Querschnitt senkrecht zu der Drehachse (2) als Polygonform eine Wellenform aufweisen.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polygonverbindung (15a, b, c) in Umlaufrichtung um die Drehachse (2) selbsthemmungsfrei oder selbsthemmungsvermindert ausgebildet ist.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Querschnitt senkrecht zu der Drehachse (2) sich bei eine Relativverdrehung von Wälzlagerring (3, 4) und Tragkörper (6, 7) in Umlaufrichtung um die Drehachse (2) Bereiche mit variierender Flächenpressung ergeben, wobei sich belastete Sektoren (17a, b, c) mit unbelasteten Sektoren abwechseln, wobei für jeden belasteten Sektor (17a, b, c) eine Resultierende (18) gebildet wird, wobei in dem Fußpunkt (C) der Resultierenden (18) die Tangente (22) eines Kreises (19) um die Drehachse (22) durch den Fußpunkt (C) und die Tangente (23) des Profils des Tragkörpers (6, 7) oder des Wälzlagerrings (3, 4) in dem Fußpunkt (C) einen Winkel (Keilwinkel gamma) einnehmen, welcher größer als ein Selbsthemmungswinkel ist.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Selbsthemmungswinkel größer als 0,15 rad gewählt ist.
Wälzlageranordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Punkte in mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 50% und insbesondere mindestens 80% der Erstreckung i Umlaufrichtung in dem belasteten Sektor (17a, b, c) die Tangente (22) des Kreises (19) um die Drehachse (2) durch den jeweiligen Punkt und die Tangente (23) des Profils in dem jeweiligen Punkt einen Winkel (Keilwinkel gamma) einnehmen, welcher größer als der Selbsthemmungswinkel ist.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polygonform einen Quotient (e/rm) zwischen einer Polygonexzentrizität (e) und mittleren Radius (rm) größer als 0,01 aufweist.
Wälzlageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet als ein Zylinderrollenlager, insbesondere für eine Windkraftanlage.