DE102014019767B3

DE102014019767B3 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102014019767B3
Application number: DE102014019767.0A
Authority: DE
Inventors: Stephan Froning; Andreas Palmer; Jörg Rollmann; Bernd Lüneburg
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Rothe Erde Germany GmbH
Priority date: 2014-04-01
Filing date: 2014-04-01
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2034-04-02

Abstract

Wälzlager mit einem Wälzkörper (1), wobei der Wälzkörper (1) einen aus Stahl gefertigten und kegelstumpfförmig ausgebildeten Rollkörper (2) aufweist, wobei der Rollkörper (2) eine kleinere Stirnseite (3), eine größere Stirnseite (4) und eine sich zwischen der kleineren Stirnseite (3) und der größeren Stirnseite (4) erstreckende Lauffläche (5) aufweist, wobei der Rollkörper (2) entlang einer Rotationsachse (6) rotationssymmetrisch aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollkörper (2) im Bereich der größeren Stirnseite (4) eine zentrale Ausnehmung (8) in Form einer flachen Sacklochbohrung entlang der Rotationsachse (6) aufweist, wobei der Wälzkörper (1) ferner ein separates Verschleißschutzelement (7) aus Kunststoff aufweist, wobei das Verschleißschutzelement (7) an der größeren Stirnseite (4) des Rollkörpers (2) angeordnet und befestigt ist, wobei zur Befestigung das Verschleißschutzelement (7) eine der größeren Stirnseite (4) zugewandten Seite eine Ausbuchtung (9) aufweist, welche innerhalb der Ausnehmung (8) form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist, wobei auf einer der größeren Stirnseite (4) abgewandten Seite das Verschleißschutzelement (7) eine konvex ausgebildete Oberfläche (10) aufweist und durch die konvexe Ausbildung ein hervorstehender Zentralbereich der Stirnseite (4) entsteht, durch den eine Beabstandung der übrigen Bereiche der Stirnfläche von einem Wälzlagerteil erzielt wird.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Wälzlager mit Wälzkörpern hinlänglich bekannt. Solche Wälzkörper werden verwendet, um zwei Lagerteile auch unter hohen Lasten und/oder Drehzahlen möglichst reibungsarm und verschleißfrei aufeinander abrollen zu lassen. Die Wälzkörper weisen dabei zwei Stirnseiten und eine zwischen den beiden Stirnseiten angeordnete Lauffläche auf, welche auf entsprechenden Laufbahnen der beiden Lagerteile läuft. Die Laufbahnen werden dabei seitlich von Führungskanten begrenzt. Sowohl die Wälzkörper, als auch die Laufbahnen und Führungskanten sind typischerweise aus Stahl gefertigt.
Nachteilig an solchen Wälzlagern ist nun, dass die Stirnseiten der Wälzkörper an den Führungskanten entlanggleiten, wodurch in diesem Bereich erhebliche Reibung und somit ein signifikant erhöhter Verschleiß auftreten kann. Die Reibung zwischen den aus Stahl gefertigten Wälzkörpern und den stählernen Lagerteilen kann aufgrund der chemischen Identität der Reibpartner sogar zum Verschweißen der Wälzkörper mit den Lagerteilen führen.
Aus der Druckschrift EP 1 852 619 A1 ist ein Wälzkörper für ein Wälzlager bekannt, welcher ein Ölreservoir und stirnseitig einen in einer Ausnehmung angeordneten Pfropfen aufweist. Der Pfropfen hat hier die Aufgabe, ein Eindringen von Öl in die Ausnehmung zu verhindern. Die Druckschrift DE 10 2011 005 845 A1 offenbart einen Wälzkörper mit Verschleißschutzelementen, welche mit einer Gleitbeschichtung versehen sind. Aus der Druckschrift US 4 776 710 A ist ein an seinen beiden Stirnseiten mit je einer Endplatte versehener zylindrischer Wälzkörper bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Wälzlager bereitzustellen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik nicht auftreten und insbesondere einen reibungs- und verschleißärmeren Betrieb ermöglicht. Zudem sollen die Wälzkörper und folglich auch das Wälzlager kostengünstig realisierbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wälzlager nach Anspruch 1.
Diese Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Wälzlager nach Anspruch 2.
Das erfindungsgemäße Wälzlager hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass an der Stirnseite des Rollkörpers das Verschleißschutzelement als separates Bauteil angeordnet ist, wodurch ein direkter Gleitkontakt zwischen der Stirnseite des insbesondere aus Stahl gefertigten Rollkörpers mit einem üblicherweise aus Stahl gefertigten Lagerteil wirksam unterbunden wird. Es wird hierdurch verhindert, dass zwei Stahlteile unmittelbar aufeinander abgleiten. Der Verschleiß kann somit erheblich reduziert und die Lebensdauer des Wälzlagers gesteigert werden. Da die Kraftwirkung insbesondere nach außen, d.h. in Richtung des ersten Lagerrings, gerichtet ist, ist das Gleitschutzelement vorteilhafterweise an der dem ersten Lagerring zugewandten Stirnseite des Rollkörpers angeordnet. Mit anderen Worten: Das Verschleißschutzelement ist vorzugsweise auf derjenigen Stirnseite des Rollkörpers angeordnet, welche in Kraftflussrichtung hinter dem Rollkörper liegt, also auf der Hauptbelastungsseite des Wälzkörpers. Die Stirnseite wird dabei in der Regel winklig zum ersten Lagerring bzw. zur ersten Laufbahn ausgerichtet sein. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wälzlagers ist, dass die Gefahr des Verschweißens der jeweiligen Stahlteile miteinander ausgeräumt ist. Die Anordnung des Verschleißschutzelements nur an der Stirnseite und nicht an der Lauffläche hat zudem den Vorteil, dass die Lauffläche durch das Verschleißschutzelement nicht beeinträchtigt wird. Zudem wird hierdurch eine kostengünstige und einfache Fertigung des erfindungsgemäßen Wälzkörpers und des hiermit bestückten Wälzlagers ermöglicht. Das Verschleißschutzelement ist vorzugsweise nicht nur an der Stirnseite angeordnet, sondern auch an der Stirnseite befestigt. Denkbar ist, dass der Rollkörper zylinderförmig ausgebildet ist, um in einem Zylinderrollenlager verwendet zu werden, oder dass der Rollkörper kegelstumpfförmig zur Verwendung in einem Kegelrollenlager ausgebildet ist. Im Falle eines kegelstumpfförmigen Rollkörpers ist das Verschleißschutzelement insbesondere auf der Stirnseite mit dem größeren Durchmesser angeordnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rollkörper an der wenigstens einen Stirnseite eine Ausnehmung aufweist. Diese Ausnehmung, welche beispielsweise in Form einer sich zur Rotationsachse des Wälzkörpers parallel erstreckenden flachen Sacklochbohrung ausgebildet ist, dient dazu, das Verschleißschutzelement am Rollkörper zu befestigten. Hierfür ist entweder das Verschleißschutzelement auf seiner der Stirnseite zugewandten Seite form- und/oder kraftschlüssig innerhalb der Ausnehmung angeordnet oder das Verschleißschutzelement weist auf seiner der Stirnseite zugewandten Seite eine Ausbuchtung auf, welche form- und/oder kraftschlüssig innerhalb der Ausnehmung angeordnet ist. Im ersten Fall steckt das Verschleißschutzelement über seine gesamte dem Rollkörper zugewandte Breite innerhalb der Ausnehmung, während im zweiten Fall nur die Ausbuchtung innerhalb der Ausnehmung steckt.
Es wird offenbart, dass der Rollkörper auf seiner Stirnseite einen zentralen Vorsprung aufweisen kann, welcher form- und/oder kraftschlüssig in einer Öffnung des Verschleißschutzelements angeordnet ist. Die Öffnung umfasst entweder ein Sackloch oder eine Durchgangsöffnung. Vorzugsweise umfasst der Rollkörper auf seiner Stirnseite einen vorstehenden, umlaufenden Ring, welcher sich entlang des Umfangs der Lauffläche erstreckt. Zwischen dem umlaufenden Ring und dem zentralen Vorsprung wird somit eine umlaufende Nut gebildet, in welcher das ringförmig ausgebildete Verschleißschutzelement angeordnet ist. Auf diese Weise wird vorzugsweise eine stabile und belastbare formschlüssige Anbindung des Verschleißschutzelements an den Rollkörper erreicht.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verschleißschutzelement auf seiner der Stirnseite abgewandten Seite eine konvex geformte Oberfläche aufweist. In vorteilhafter Weise wird hierdurch die Reibung zwischen dem Wälzkörper und dem Lagerteil, insbesondere zwischen der Stirnseite des Wälzkörpers und einer Führungskante im Randbereich einer Lauffläche des Lagerteils reduziert, da durch die konvexe Ausbildung ein hervorvorstehender Zentralbereich auf der Stirnseite entsteht, wodurch eine Beabstandung der übrigen Bereiches der Stirnfläche von dem Lagerteil erzielt wird. Die Reibung tritt somit nur in einem vergleichsweise geringen Flächenbereich, nämlich im hervorstehenden Zentralbereich des Verschleißschutzelements auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das das Verschleißschutzelement mit dem Rollkörper stoffschlüssig verbunden und insbesondere verklebt ist. In vorteilhafter Weise ist das Verschleißschutzelement somit nicht nur form- und/oder kraftschlüssig mit dem Rollkörper verbunden, sondern zusätzlich auch noch stoffschlüssig, so dass die Anbindung an den Rollkörper verbessert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verschleißschutzelement aus Kunststoff gefertigt ist und wobei der Rollkörper aus Metall gefertigt ist. Besonders bevorzugt ist das Verschleißschutzelement aus Polyamid und insbesondere aus Polyamid, beispielsweise PEEK (Polyetheretherketon) oder POM (Polyoxymethylen) gefertigt. Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch die Verwendung von Polyamid vorteilhafterweise die Langlebigkeit und Belastbarkeit des Wälzlagers aufgrund der hohen Festigkeit und Zähigkeit von Polyamid gesteigert werden kann. Alternativ wäre aber auch denkbar, dass das Verschleißschutzelement aus einem gegenüber Stahl artfremden Metall, z. B. Bronze oder nitrierter Stahl, gefertigt ist, welches weicher als Metall des Rollkörpers ist, wobei das Verschleißschutzelement vorzugsweise Bronze umfasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Rollkörper zwei Stirnseiten aufweist, wobei auf jeder Stirnseite ein Verschleißschutzelement angeordnet ist. Vorzugsweise wird somit auf beiden Seiten des Wälzkörpers der Verschleiß reduziert und ein Verschweißen mit Lagerteilen verhindert. Im Falle eines zylinderförmigen Rollkörpers weisen die beiden Stirnseiten im Wesentlichen gleich große Flächen auf, so dass vorzugsweise zwei im Wesentlichen gleich große Verschleißschutzelemente Verwendung finden. Im Fall eines kegelstumpfförmigen Rollkörpers weisen die beiden Stirnseiten unterschiedlich große Flächen auf, so dass die beiden Verschleißschutzelemente insbesondere unterschiedlich groß ausgebildet werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Figurenliste

1a bis 1c zeigen schematische Ansichten eines Wälzkörpers für ein Wälzlager gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2a bis 2c zeigen schematische Ansichten eines Wälzkörpers für ein Wälzlager gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3a bis 3d zeigen schematische Ansichten eines Wälzkörpers für ein Wälzlager.

Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In 1a bis 1c sind schematische Ansichten eines Wälzkörpers 1 für ein Wälzlager gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Wälzkörper 1 ist beispielhaft als kegelstumpfförmiger Wälzkörper 1 für ein Kegelwälzlager ausgebildet.
Der Wälzkörper 1 weist einen Rollkörper 2 auf, welcher aus Stahl gefertigt ist. Der Rollkörper 2 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und weist daher eine kleinere Stirnseite 3, eine größere Stirnseite 4 und eine sich zwischen der kleineren Stirnseite 3 und der größeren Stirnseite 4 erstreckende Lauffläche 5 auf. Der Rollkörper 2 ist entlang einer Rotationsachse 6 rotationssymmetrisch aufgebaut. Im Bereich der größeren Stirnseite 4 weist der Rollkörper 2 eine zentrale Ausnehmung 8 auf. Die Ausnehmung 8 ist in Form einer flachen Sacklochbohrung entlang der Rotationsachse 6 ausgebildet und ist bezüglich der Rotationsachse 6 ebenfalls rotationssymmetrisch ausgerichtet. Der Rollkörper ist in 1b dargestellt.
Der Wälzkörper 1 weist ferner ein separates Verschleißschutzelement 7 aus Kunststoff auf. Das Verschleißschutzelement 7 ist bevorzugt aus Polyamid (PEEK oder POM) gefertigt. Das Verschleißschutzelement 7 ist - wie in 1a illustriert - an der größeren Stirnseite 4 des Rollkörpers 2 angeordnet und befestigt, da hier die Hauptbelastungsseite des Wälzkörpers 1 liegt. Zur Befestigung weist das Verschleißschutzelement 7 eine der größeren Stirnseite 4 bzw. dem Rollkörper 2 zugewandten Seite eine Ausbuchtung 9 auf, welche innerhalb der Ausnehmung 8 form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist. Auf einer der größeren Stirnseite 4 bzw. dem Rollkörper 2 abgewandten Seite weist das Verschleißschutzelement 7 eine konvex ausgebildete Oberfläche 10 auf. In 1c ist das Verschleißschutzelement 7 dargestellt.
Das Verschleißschutzelement 7 dient dazu einen unmittelbaren Kontakt der Stirnseite des aus Stahl gefertigten Rollkörpers 2 mit seitlichen Begrenzungen der Laufbahnen des Kegel-Wälzlagers (nicht abgebildet) zu vermeiden. Die Laufbahnen und dessen seitliche Begrenzungen von Kegelrollenlagern sind typischerweise ebenfalls aus Stahl gefertigt, so dass bei einem direkten Kontakt zwischen dem stählernen Rollkörper 2 und der stählernen Begrenzung eine erhöhte Reibung und ein erhöhter Verschleiß auftritt. Durch die Verwendung des separaten Verschleißschutzelements 7 auf der Stirnseite 4 des Rollkörpers 2 kann die erhöhte Reibung und der erhöhte Verschleiß vermieden werden. Denkbar ist, dass das Verschleißschutzelement 7 zusätzlich stoffschlüssig mit dem Rollkörper 2 beispielsweise mittels einer Klebung verbunden ist.
In 2a bis 2c sind schematische Ansichten eines Wälzkörpers 1 für ein Wälzlager gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Wälzkörper 1 gemäß der zweiten Ausführungsform gleicht im Wesentlichen dem in 1a bis 1c illustrierten Wälzkörper 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei bei der zweiten Ausführungsform im Unterschied zur ersten Ausführungsform die Ausnehmung 8 derart groß ausgebildet ist, dass am Rande der größeren Stirnseite 4 nur noch ein schmaler umlaufender Steg 11 ausgebildet ist. Das Verschleißschutzelement 7 weist daher auch keine Ausbuchtung 9 in Richtung des Rollkörpers 2 mehr auf, sondern das Verschleißschutzelement 7 ist mit seiner dem Rollkörper 2 zugewandten Seite vollständig innerhalb der Ausnehmung 8 form- und/oder kraftschlüssig angeordnet. Gegenüber einer zur Rotationsachse 6 senkrechten Richtung wird das Verschleißschutzelement 7 durch den umlaufenden Steg 11 formschlüssig fixiert. Das Verschleißschutzelement 7 ist vergleichsweise einfach ausgebildet und somit kostengünstig herstellbar. In 2a ist der gesamte Wälzkörper 1, in 2b nur der Rollkörper 2 und in 2c nur das Verschleißschutzelement 7 abgebildet.
In 3a bis 3d sind schematische Ansichten eines Wälzkörpers 1 für ein Wälzlager abgebildet. Der Wälzkörper 1 gleicht im Wesentlichen dem in 2a bis 2c illustrierten Wälzkörper 1 gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei bei der dritten Ausführungsform im Unterschied zur zweiten Ausführungsform das Verschleißschutzelement 7 eine zentrale Öffnung 12 und der Rollkörper 2 einen entlang der Rotationsachse 6 in die Öffnung 12 vorstehenden zentralen Vorsprung 13 aufweist. Zwischen dem zentralen Vorsprung 13 und dem als umlaufenden Ring 14 fungierenden umlaufenden Steg 11 ist somit eine umlaufende Nut 15 in der größeren Stirnfläche 4 ausgebildet, in welcher das Verschleißschutzelement 7 kraft- und formschlüssig angeordnet ist. Die Öffnung 12 ist als Durchgangsöffnung ausgebildet, welche rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 6 ist. Das Verschleißschutzelement 7 hat somit die Form eines Ringes, wie in der in 3d abgebildeten Draufsicht zu erkennen ist. In 3a ist wiederum der gesamte Wälzkörper 1, in 3b nur der Rollkörper 2 und in 3c und 3d nur das Verschleißschutzelement 7 abgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Wälzkörper
2: Rollkörper
3: Stirnseite
4: Stirnseite
5: Lauffläche
6: Rotationsachse
7: Verschleißschutzelement
8: Ausnehmung
9: Ausbuchtung
10: Oberfläche
11: Steg
12: Öffnung
13: Vorsprung
14: Ring
15: Nut

Claims

Wälzlager mit einem Wälzkörper (1), wobei der Wälzkörper (1) einen aus Stahl gefertigten und kegelstumpfförmig ausgebildeten Rollkörper (2) aufweist, wobei der Rollkörper (2) eine kleinere Stirnseite (3), eine größere Stirnseite (4) und eine sich zwischen der kleineren Stirnseite (3) und der größeren Stirnseite (4) erstreckende Lauffläche (5) aufweist, wobei der Rollkörper (2) entlang einer Rotationsachse (6) rotationssymmetrisch aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollkörper (2) im Bereich der größeren Stirnseite (4) eine zentrale Ausnehmung (8) in Form einer flachen Sacklochbohrung entlang der Rotationsachse (6) aufweist, wobei der Wälzkörper (1) ferner ein separates Verschleißschutzelement (7) aus Kunststoff aufweist, wobei das Verschleißschutzelement (7) an der größeren Stirnseite (4) des Rollkörpers (2) angeordnet und befestigt ist, wobei zur Befestigung das Verschleißschutzelement (7) eine der größeren Stirnseite (4) zugewandten Seite eine Ausbuchtung (9) aufweist, welche innerhalb der Ausnehmung (8) form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist, wobei auf einer der größeren Stirnseite (4) abgewandten Seite das Verschleißschutzelement (7) eine konvex ausgebildete Oberfläche (10) aufweist und durch die konvexe Ausbildung ein hervorstehender Zentralbereich der Stirnseite (4) entsteht, durch den eine Beabstandung der übrigen Bereiche der Stirnfläche von einem Wälzlagerteil erzielt wird.
Wälzlager mit einem Wälzkörper (1), wobei der Wälzkörper (1) einen aus Stahl gefertigten und kegelstumpfförmig ausgebildeten Rollkörper (2) aufweist, wobei der Rollkörper (2) eine kleinere Stirnseite (3), eine größere Stirnseite (4) und eine sich zwischen der kleineren Stirnseite (3) und der größeren Stirnseite (4) erstreckende Lauffläche (5) aufweist, wobei der Rollkörper (2) entlang einer Rotationsachse (6) rotationssymmetrisch aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollkörper (2) im Bereich der größeren Stirnseite (4) eine zentrale Ausnehmung (8) aufweist, wobei die Ausnehmung (8) derart groß ausgebildet ist, dass am Rande der größeren Stirnseite (4) nur noch ein schmaler umlaufender Steg (11) ausgebildet ist, wobei der Wälzkörper (1) ferner ein separates Verschleißschutzelement (7) aus Kunststoff aufweist, wobei das Verschleißschutzelement (7) an der größeren Stirnseite (4) des Rollkörpers (2) angeordnet und befestigt ist, wobei das Verschleißschutzelement (7) mit seiner dem Rollkörper (2) zugewandten Seite vollständig innerhalb der Ausnehmung (8) form- und/oder kraftschlüssig angeordnet ist, wobei das Verschleißschutzelement (7) gegenüber einer zur Rotationsachse (6) senkrechten Richtung durch den umlaufenden Steg (11) formschlüssig fixiert wird, wobei auf einer der größeren Stirnseite (4) abgewandten Seite das Verschleißschutzelement (7) eine konvex ausgebildete Oberfläche (10) aufweist und durch die konvexe Ausbildung ein hervorstehender Zentralbereich der Stirnseite (4) entsteht, durch den eine Beabstandung der übrigen Bereiche der Stirnfläche von einem Wälzlagerteil erzielt wird.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschleißschutzelement (7) aus Polyamid und bevorzugt aus PA12 gefertigt ist.
Wälzlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschleißschutzelement (7) zusätzlich stoffschlüssig mit dem Rollkörper (2) beispielsweise mittels einer Klebung verbunden ist.