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Die Erfindung bezieht sich auf ein radiales Rollenlager, insbesondere Nadellager einer Lageranordnung, deren Wälzkörper zwischen einer zylindrischen Laufbahn sowie einer unter einem Neigungswinkel ausgerichteten Laufbahn angeordnet sind.
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Aus der
DE 10 235 290 A1 ist eine Lageranordnung bekannt, bei der entsprechend einer Verformung der Wellenachse bei auftretenden Belastungen die Laufbahnachsen für die Wälzkörper geneigt verlaufen. Diese Maßnahme soll bei einer Durchbiegung der Wellenachse, einer Biegelinie entsprechend, eine verbesserte Verteilung der Kräfte auf die Wälzkörper sicherstellen und einen Kantentrag verhindern.
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Die Lageranordnung gemäß der
DE 10 2005 058 149 A1 offenbart ein Wälzlager, bei dem der Innenring und der Außenring eine kegelstumpfförmige Außenoberfläche aufweisen, die gegenüber einer geometrischen Längsachse des Wälzlagers um einen vorgegebenen Winkel geneigt verlaufen. Weiterhin ist die Außenfläche des Innenrings oder die Innenfläche des Außenrings wenigstens abschnittsweise gekrümmt. Die Krümmung bewirkt bei einer belastungsbedingten Lagerverkippung eine verbesserte Anpassung der tragenden Länge der Wälzkörper an die jeweilige Laufbahnkontur.
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Ein Nadellager ist in der
DE 21 30 953 A1 beschrieben, das einen massiven Außenring mit einer konischen Laufbahn umfasst und einen ebenfalls massiven Innenring, der eine zur äußeren Laufbahn parallele innere konische Laufbahn bildet. Zwischen den Laufbahnen sind als Nadeln ausgebildete, in einem Käfig eingesetzte Wälzkörper angeordnet.
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In der
JP 2004 069 034 A ist eine Gelenkkreuzbuchse gezeigt, die zur Lagerung einer geneigt in die Gelenkkreuzbüchse eingesetzten Welle bestimmt ist. Die zylindrischen Lagernadeln sind ebenfalls zylindrischen Wälzkörper-Laufbahnen an der Welle und dem Gehäuse zugeordnet. Aufgrund der geneigten Welle stellt sich eine lokale, nahezu punktförmige Abstützung der Lagernadeln an dem Gehäuse ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rollenlager für eine Lageranordnung zu schaffen, mit dem die Lagerung einer geneigt eingebauten Welle verbessert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist eine Lageranordnung vorgesehen, bei der die Wälzkörper des radialen Rollenlagers außenseitig an einer Laufbahn eines Außenrings und innenseitig an einer Laufbahn einer zu lagernden, leicht geneigt ausgerichteten Welle oder Achse geführt sind. Zum Ausgleich bzw. zur Neigungskompensation bilden die Wälzkörper eine dem Neigungswinkel der Welle angepasste bzw. ausgleichende Außenkontur.
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Durch die Anwendung der als Zylinderrollen mit einem leicht kegelstumpfartig ausgebildeten Wälzkörper stellt sich im Einbauzustand der Lageranordnung eine optimale Lastübertragung zwischen den Wälzkörpern und den zugehörigen Kontaktpartnern der geneigt verlaufenden Welle und dem Außenring ein. Die Lastübertragung erstreckt sich dabei vorteilhaft über eine Lastzone, die der gesamten Länge bzw. Breite der Wälzkörper entspricht. Gleichzeitig kann mit dieser Anordnung die Laufgenauigkeit des Wälzlagers verbessert werden, was sich vorteilhaft auf die Geräuschentwicklung der gesamten Lageranordnung auswirkt.
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Das Rollenlager gemäß der Erfindung gewährleistet für eine leicht geneigt eingebaute Welle oder Achse durch den Einsatz von Wälzkörpern mit einer auf den Neigungswinkel der Welle abgestimmten Außenkontur eine optimale, sich über die gesamte Länge des Wälzkörpers erstreckende Last-, Kontakt- oder Tragzone. Diese Maßnahme unterbindet die bei einem Winkelversatz der Welle bisher auftretenden nachteiligen Kantenpressungen der Wälzkörper. Diese auch als Kantenläufer bezeichneten Wälzkörper unterliegen einem erhöhten Verschleiß, der zu einem vorzeitigen Ausfall des Rollenlagers führt.
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Für die erfindungsgemäß gestalteten Wälzkörper, deren Mantelfläche eine leichte Konizität aufweist, ist kein hoher Fertigungsaufwand erforderlich. Die Wälzkörper sind kostengünstig durch bewährte, in der Wälzlagerindustrie eingesetzte Verfahren beispielsweise zur Herstellung kegelförmiger Wälzkörper herstellbar.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Für die Welle oder Achse der Lageranordnung ist vorzugsweise ein Neigungswinkel α ≤ 1,2 mrad (≤ 4,2‘ Winkelminuten) zur Längachse des Wälzlagers vorgesehen, der von den zugehörigen Wälzkörpern des Rollenlagers mit einer entsprechend kegelstumpfartigen Außenkontur ausgeglichen wird. Durch die angepasste Wälzkörperkontur an den Neigungswinkel der Welle stellt sich vorteilhaft eine Optimierung der Reibungsverhältnisse ein. Weiterhin ermöglichen die Einbaulage sowie die Gestaltung der Wälzkörper einen dem Neigungswinkel α entsprechenden Schwenkbereich der Welle um die Längsachse der Lageranordnung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Rollenlager mit dem Außenring in eine Aufnahme eines Maschinenteils einsetzbar. Der vorzugsweise kraftschlüssig in die Maschinenteilaufnahme eingesetzte Außenring umfasst zur Führung eines Nadelkäfigs an beiden Stirnseiten radial nach innen gerichtete Borde. In Taschen des Nadelkäfigs werden die als Lagernadeln ausgebildeten Wälzkörper eingesetzt, die innenseitig an der Laufbahn der geneigt ausgerichteten Welle und außenseitig an der zylindrischen Laufbahn des Außenrings geführt sind.
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Weiterhin bietet es sich an, die Erfindung auf ein als Nadelhülse oder Gelenkkreuzbüchse ausgeführtes Rollenlager zu übertragen. In ein topfartiges Gehäuse der Gelenkkreuzbüchse ist unter einem Neigungswinkel α die Welle eingesetzt und mittels angepasster Wälzkörper drehbar gelagert. Die als Lagernadeln ausgebildeten Wälzkörper sind bevorzugt in einem Nadelkäfig eingesetzt, der an einem Bord des Gehäuses axial geführt ist. Alternativ dazu bietet es sich an, eine vollnadelige bzw. vollrollige Gelenkkreuzbüchse einzusetzen, bei der die Lagernadeln käfiglos in dem Gehäuse eingesetzt axial an dem Gehäusebord geführt sind. Gelenkkreuzbüchsen werden in Gelenkkreuze eingesetzt, die dazu vorgesehen sind, Drehmomente über geknickte oder achsversetzte Wellen zu übertragen. Dabei sind zwei Wellenstummelpaare über zugehörige Wellengabeln gelenkig verbunden.
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Ferner schließt die Erfindung gerundete Übergänge zwischen den Stirnseiten und einer Mantelfläche der Wälzkörper ein. Diese Maßnahme vermeidet einen nachteiligen Kantentrag der Wälzkörper, der bei einer geringfügigen Abweichung zwischen der äußeren Kontur der Mantelfläche der Wälzkörper und dem Neigungswinkel der Welle auftreten kann. Bevorzugt ist für die gerundeten Übergänge des Wälzkörpers ein Radius ≤ 1,5 mm vorgesehen.
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Zur kostengünstigen Herstellung des auch als Lagerhülse oder Gehäuse zu bezeichnenden, insbesondere dünnwandig ausgeführten Außenrings aus Blechwerkstoff einschließlich der zylindrischen Laufbahn für die Wälzkörper eignet sich ein spanloses Verfahren, wobei bevorzugt ein Tiefziehverfahren einsetzbar ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Dabei zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung mit einem Rollenlager in Verbindung mit einer geneigt eingesetzten Welle;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lageranordnung, die eine Gelenkkreuzbüchse in Verbindung mit einer geneigten Welle umfasst;
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3 einen Ausschnitt eines Wälzkörpers der erfindungsgemäßen Lageranordnung.
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Die 1 und 2 zeigen in einer vereinfachten Darstellung den Aufbau von unterschiedlichen erfindungsgemäßen Lageranordnungen 1a, 1b. In 1 umfasst die Lageranordnung 1a ein Rollenlager 2a sowie eine Welle 3a. Ein Außenring 4 des Rollenlagers 2a ist in eine Aufnahme 5 bzw. Bohrung eines Maschinenteils 6 über einen Pressverband lagefixiert. Der Außenring 4 weist eine zylindrische Laufbahn 7 auf, an der Wälzkörper 8 außenseitig geführt sind. Innenseitig bildet eine Mantelfläche 9 der Welle 3a lokal eine weitere Laufbahn 10 für die Wälzkörper 8, die in einem Kä11 eingesetzt sind, der an radial nach innen gerichteten Borden 12a, 12b des Außenrings 4 geführt ist. Die Welle 3a ist gegenüber einer Längsachse 19 der Lageranordnung 1a geneigt in dem Rollenlager 2a eingesetzt. Der auch als Konuswinkel zu bezeichnende Neigungswinkel α der Welle 3a in Verbindung mit der Umgebungskonstruktion ist zur Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt. Dem Neigungswinkel α angepasst bilden die Wälzkörper 8 eine kegelstumpfartige Außenkontur 13, wodurch die Welle 3a in einer Tragzone vorteilhaft an einer sich bis auf gerundete Endzonen über die gesamte Länge bzw. Breite des Wälzkörpers 8 erstreckenden Kontaktzone 14 abgestützt ist. Bei einem Neigungsverlauf α der Welle 3a, der entgegengesetzt zu der Abbildung gemäß 1 verläuft, erfolgt eine selbsttätige Ausrichtung der obigen in 1 dargestellten Wälzkörper 8, wodurch sich ebenfalls eine Kontaktzone 14 einstellt.
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In der 2 schließt die Lageranordnung 1b ein als Gelenkreuzbüchse ausgebildetes Rollenlager 2b ein, dessen topfartiges Gehäuse 15 in ein nicht abgebildetes Maschinenteil eingepresst werden kann. Das bevorzugt mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellte Gehäuse 15 umfasst die Laufbahn 7 für die Wälzkörper 8, die ohne Käfig an einem Bord 16 des Gehäuses 15 axial geführt sind. Vergleichbar der 1 ist die Welle 3b mit dem Neigungswinkel α im Gehäuse 15 eingesetzt und über die Wälzkörper 8 drehbar gelagert. Entsprechend dem Neigungswinkel α weisen die Wälzkörper 8 eine kegelstumpfartige Außenkontur 13 auf, wodurch sich die Kontaktzone 14 der Welle 3b nahezu über die gesamte Länge der Wälzkörper 8 erstreckt.
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Die 3 zeigt in einer vergrößerten Abbildung einen Ausschnitt des Wälzkörpers 8 in Verbindung mit der Laufbahn 10 der Welle 3a. Die gestrichelte Kontur 17a zeigt den über die gesamte Länge an der Laufbahn 10 abgestützten Wälzkörper 8, der gerundete, durch den Radius R gekennzeichnete Übergänge zwischen den Stirnseiten 18a, 18b und der Außenkontur 13 einschließt. Bedingt durch diese Übergänge ergibt sich ein Maß S für die Kontaktzone 14 zwischen dem Wälzkörper 8 und der Laufbahn 10. Die weitere Kontur 17b entspricht der Wälzkörperposition, die sich einstellt, wenn die Welle 3a, 3b in einem Neigungswinkel α ausgerichtet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1a, 1b
- Lageranordnung
- 2a, 2b
- Rollenlager
- 3a, 3b
- Welle
- 4
- Außenring
- 5
- Aufnahme
- 6
- Maschinenteil
- 7
- Laufbahn
- 8
- Wälzkörper
- 9
- Mantelfläche
- 10
- Laufbahn
- 11
- Käfig
- 12a, 12b
- Bord
- 13
- Außenkontur
- 14
- Kontaktzone
- 15
- Gehäuse
- 16
- Bord
- 17a, 17b
- Kontur
- 18a, 18b
- Stirnseite
- 19
- Längsachse
- α
- Neigungswinkel
- R
- Radius Wälzkörper
- S
- Länge der Kontaktzone
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10235290 A1 [0002]
- DE 102005058149 A1 [0003]
- DE 2130953 A1 [0004]
- JP 2004069034 A [0005]
