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Die Erfindung betrifft eine Rollenlageranordnung mit einer Mehrzahl von Rollen, wobei die Rollen in einem Längsschnitt durch die Rollenachsen mit einem ersten Krümmungsradius gekrümmt sind, mit einem inneren Lagerpartner, wobei der innere Lagerpartner mindestens eine Laufbahn für die Rollen aufweist, mit einem äußeren Lagerpartner, wobei der äußere Lagerpartner einen Laufbahnbereich für die Rollen aufweist, wobei der Laufbahnbereich mit einem zweiten Krümmungsradius gekrümmt ist, wobei der zweite Krümmungsradius an den ersten Krümmungsradius exakt oder schmiegend angepasst ist.
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Wälzkörperlager können systematisch betrachtet in Kugellager und Rollenlager unterteilt werden. Bei den Rollenlagern werden auch Wälzkörper mit bauchigen oder tonnenförmiger Gestalt eingesetzt. Derartige Rollen können z. B. vorteilhaft bei Wälzlagern verwendet werden, welche winkeltolerant sein sollen.
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Die Druckschrift
EP 1 111 256 B1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart ein Linearlager mit einer Führungsachse beziehungsweise -welle und einem äußeren Zylinder, der um die Führungsachse in der Axialrichtung relativ beweglich angeordnet ist. Zwischen der Führungsachse und dem äußeren Zylinder sind Rollen in einem Käfig vorgesehen. Der äußere Zylinder weist eine kreisförmige, zylindrische Innenoberfläche auf, jede der Rollen weist an ihrer Umfangsfläche eine nach außen gewölbte Kreisbogenrotationsfläche auf, wobei der Radius der Kreisbögen der Kreisbogenrotationsflächen der Rollen kleiner ist als der Radius der als Innenwand des äußeren Zylinders ausgebildeten kreisförmigen zylindrischen Oberfläche. Die Führungsachse weist Nuten beziehungsweise Rillen auf, welche sich in Axialrichtung erstrecken, von denen jede eine kreisförmige zylindrische Oberfläche mit einem Radius R hat, der größer ist als der Radius der Kreisbögen der Kreisbogenrotationsflächen der Rollen.
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Gebiet der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rollenlageranordnung vorzuschlagen, welche neue Einsatzmöglichkeiten eröffnet. Diese Aufgabe wird durch eine Rollenlageranordnung 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.
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Rollenlageranordnung vorgeschlagen. Die Rollenlageranordnung umfasst eine Mehrzahl von Rollen, zum Beispiel umfasst die Rollenlageranordnung mehr als acht Rollen, 16 Rollen etc. In einem Längsschnitt durch die Rollenachse weist jede der Rollen an ihrer Umfangsfläche einen nach außen gewölbten Kreisbogen mit einem ersten Krümmungsradius auf. Die Umfangsfläche wird insbesondere durch eine Kreisbogenrotationsfläche aus einem Kreisbogen mit dem ersten Krümmungsradius um die Rollenachse gebildet.
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Die Rollenlageranordnung weist einen inneren Lagerpartner und einen äußeren Lagerpartner auf, wobei die Rollen zwischen dem inneren Lagerpartner und dem äußeren Lagerpartner angeordnet sind und diese zueinander lagern. Der innere Lagerpartner weist mindestens eine innere Laufbahn für die Rollen auf. Besonders bevorzugt weist der innere Lagerpartner wenigstens zwei innere Laufbahnen auf. Der äußere Lagerpartner umfasst einen Laufbahnbereich für die Rollen. Der Laufbahnbereich ist mit einem zweiten Krümmungsradius gekrümmt. Der zweite Krümmungsradius entspricht dem ersten Krümmungsradius exakt oder die Rollen mit dem ersten Krümmungsradius und der Krümmungsradius des Laufbahnbereichs sind so ausgebildet, dass die Rollen sich an den Laufbahnbereich anschmiegen. Insbesondere ist die Schmiegung über einen Quotienten Q, gebildet aus dem zweiten Krümmungsradius, geteilt durch den ersten Krümmungsradius, definiert, wobei Q ≥ 1 ist. Vorzugsweise ist der Quotient Q kleiner als 1,2, insbesondere kleiner als 1,1. Eine derartige Schmiegung erlaubt es, dass sich die Rollen bei Belastung optimal hinsichtlich der Hertz’schen Pressung an den Laufbahnbereich anlegen.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Laufbahnbereich des äußeren Lagerpartners als eine Kugelfläche ausgebildet ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik, welcher einen Laufbahnbereich zeigt, der als eine Hohlzylinderfläche ausgebildet ist, ist der Laufbahnbereich der erfindungsgemäßen Rollenlageranordnung als eine Kugelfläche realisiert. Insbesondere können die Rollen sich auf der Kugelfläche in mindestens zwei voneinander unabhängige Richtungen bewegen. Durch diese Kugelfläche ist es möglich, dass der innere Lagerpartner relativ zum äußeren Lagerpartner zwar nicht mehr axial verschiebbar ist, jedoch um mindestens zwei Achsen, vorzugsweise um mindestens drei Achsen, welche unabhängig voneinander sind, schwenkbar angeordnet ist. In Abgrenzung zum bekannten Stand der Technik wird somit eine Rollenlageranordnung vorgeschlagen, welche beispielsweise als ein Kreuzgelenk oder als ein Rotativlager einsetzbar ist, sodass weitere Anwendungsgebiete und somit neue Funktionen mit der Rollenlageranordnung erschließbar sind.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine der Laufbahnen des inneren Lagerpartners auf einer Deckfläche einer Kugelschicht angeordnet, wobei die Kugelschicht von einer gedachten Kugel stammt, die konzentrisch zu der Kugelfläche des äußeren Lagerpartners ausgebildet ist. Unter einer Kugelschicht – auch Kugelscheibe genannt – wird ein Teil der gedachten Vollkugel verstanden, wobei die Kugelschicht zwei parallele Schnittflächen aufweist. Die Deckfläche der Kugelschicht ist der Teilbereich der Kugeloberfläche, die der Kugelschicht zugeordnet ist. In dieser Deckfläche ist mindestens eine der Laufbahnen für die Rollen eingebracht. In einem Schnitt senkrecht zu einer Rollrichtung der Rollen entlang der mindestens einen Laufbahn ist die Laufbahn als eine Nut oder als eine Rille ausgebildet, welche eine kreisbogenförmige Form mit einem dritten Krümmungsradius am Grund aufweist. Der dritte Krümmungsradius der Kreisbogenform entspricht bevorzugt dem ersten oder dem zweiten Krümmungsradius. Die mindestens eine Laufbahn definiert somit eine Zwangsführung für die Rollen auf dem inneren Lagerpartner. Es ist dabei besonders bevorzugt, dass die mindestens eine innere Laufbahn Seitenborde zur seitlichen Führung der Rollen aufweist, sodass diese nicht aus der mindestens einen Laufbahn herauslaufen können.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung definiert die Kugelschicht eine Zentrumsachse, insbesondere eine Symmetrieachse, welche durch den Mittelpunkt der gedachten Kugel geht. Die Zentrumsachse definiert wiederum eine erste Achse der Lageranordnung, wobei der innere Lagerpartner relativ zu dem äußeren Lagerpartner um die erste Achse über die Rollen abwälzend schwenkbar und/oder abwälzend drehbar gelagert ist. Insbesondere rollen die Rollen bei der Drehbewegung oder Schwenkbewegung um die erste Achse in der mindestens einen Laufbahn ab.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der innere Lagerpartner relativ zu dem Außenkörper um mindestens eine weitere Achse gleitend schwenkbar und/oder gleitend drehbar gelagert, wobei die mindestens eine weitere Achse zu der ersten Achse senkrecht angeordnet ist. Dadurch, dass der erste Krümmungsradius und der zweite Krümmungsradius zueinander angepasst sind, bildet sich zwischen dem äußeren Lagerpartner und den Rollen eine Gleitfläche aus, sodass die Rollen über den als Kugelfläche ausgebildeten Laufbahnbereich gleiten können, um auf diese Weise eine Schwenkung oder Drehung um mindestens eine weitere Achse, senkrecht zu der ersten Achse umsetzen zu können. Besonders bevorzugt ist der innere Lagerpartner relativ zu dem äußeren Lagerpartner sogar um zwei weitere Achsen gleitend, schwenkbar und/oder gleitend drehbar gelagert, wobei die beiden weiteren Achsen jeweils senkrecht zu der ersten Achse und zudem senkrecht zueinander angeordnet sind.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der innere Lagerpartner eine Aufnahme oder eine Durchführung für ein Kopplungsteil auf. Optional umfasst die Rollenlageranordnung das Kopplungsteil. Das Kopplungsteil kann beispielsweise als eine Welle oder eine Achse ausgebildet sein.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist eine Achsausrichtung des Kopplungsteils gleichgerichtet, insbesondere parallel oder koinzident, mit der ersten Achse. In dieser Realisierung kann das Kopplungsteil als eine Welle ausgebildet sein, welche gemeinsam mit dem inneren Lagerpartner relativ zu dem äußeren Lagerpartner um die erste Achse rotiert, da diese Rotationsrichtung vergleichsweise reibungsarm über das Abwälzen der Rollen zwischen dem äußeren Lagerpartner und dem inneren Lagerpartner gelagert ist.
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Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann es jedoch notwendig sein, dass die erste Achse gewinkelt, insbesondere senkrecht zur Achsausrichtung des Kopplungsteils, angeordnet ist.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Rollenlageranordnung einen Käfig aufweist, welcher zur Führung und/oder Beabstandung der Rollen geeignet und/oder ausgebildet ist. Der Käfig ist insbesondere zwischen dem ersten Lagerpartner und dem zweiten Lagerpartner angeordnet. Insbesondere ist der Käfig als eine Hohlkugel ausgebildet.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Rollenlagerung, insbesondere der innere Lagerpartner, mindestens zwei Laufbahnen aufweist, welche jeweils auf einer Deckfläche einer Kugelschicht von einer Kugel, die konzentrisch zu der Kugelfläche ausgebildet ist, angeordnet sind. Die Laufbahnen sind zueinander symmetrisch zu einer Spiegelebene, welche durch den Mittelpunkt der Kugel geht, angeordnet.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung kann der äußere Lagerpartner eine beliebige Form einnehmen und nur auf der dem inneren Lagerpartner zugewandten Oberseite den Laufbahnbereich aufweisen. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der äußere Lagerpartner als eine Hohlkugel ausgebildet. Bei praxisnahen Ausgestaltungen weist die Hohlkugel mindestens einen Durchbruch zur Durchführung des Kopplungsteils auf.
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Bei einer möglichen Ergänzung der Erfindung umfasst die Rollenlageranordnung eine Linearführung, wobei die Hohlkugel auf der Linearführung derart angeordnet ist, dass diese abrollen kann, sodass ein kombiniertes Linear-Rotativlager durch die Rollenlagerung umgesetzt ist, welches weitere Einsatzmöglichkeiten eröffnet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine teilgeschnittene Draufsicht auf eine Rollenlagerung als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine alternative Ausgestaltung der Rollenlagerung in der 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die 1 zeigt in einer teilgeschnittenen Draufsicht eine Rollenlageranordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Rollenlageranordnung 1 umfasst einen inneren Lagerpartner 2 und einen äußeren Lagerpartner 3, welche zueinander über eine Mehrzahl von Rollen 4 gelagert sind. Die Rollen 4 sind in einem Käfig 5 geführt.
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Der innere Lagerpartner 2 ist als ein Kugelkörper ausgebildet und weist in dem Ausführungsbeispiel zwei Laufbahnen 6 auf, auf denen die Rollen 4 ablaufen können. Die Laufbahnen 6 befinden sich in einem Kugelabschnitt, welcher durch eine Kugelschicht mit jeweils zwei parallel zueinander angeordneten Ebenen als Schnittebenen gebildet ist. Die Kugelschicht beziehungsweise die Laufbahnen 6 definieren jeweils eine Zentrumsachse, welche gleichgerichtet zu einer ersten Achse I sind, die durch den Mittelpunkt M des inneren Lagerpartners 2 verläuft.
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Der Käfig 5 ist als eine Hohlkugel ausgebildet und weist mehrere Fenster 7 auf, in denen die Rollen 4 geführt und voneinander beabstandet werden.
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Der äußere Lagerpartner 3 ist als eine weitere Hohlkugel ausgebildet und weist eine Innenoberfläche 8 auf, welche als Kugelfläche einen Laufbahnbereich für die Rollen 7 bereitstellt.
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Betrachtet man die Rollen 7 genauer, so stellt man fest, dass diese in einem Schnitt durch deren jeweilige Rollenachse 10 an den Laufflächen jeweils eine kreisbogenförmig nach außen gewölbte Kontur aufweisen. Diese Kontur setzt einen ersten Krümmungsradius R1 um. Dagegen wird der Krümmungsradius der Kugelfläche des äußeren Lagerpartners 3 als R2 bezeichnet. Der Krümmungsradius R2 ist um bis zu 10 % größer als der Krümmungsradius R1 ausgebildet, um eine Schmiegung zwischen Rollen 7 und der Innenoberfläche 8 des äußeren Lagerpartner 3 zu erreichen. Insbesondere liegen die Rollen 4 linienförmig an der Innenoberfläche 8 an.
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Die Laufbahnen 6 weisen eine Kontur auf, welche ebenfalls den Krümmungsradius R1 oder R2 oder einen Zwischenwert zwischen R1 und R2 aufweist, sodass die Rollen 7 linienförmig an dem inneren Lagerpartner 2 anliegen. Die Rollenachsen 10 sind senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Laufbahnen 6 ausgerichtet, sodass die Rollen 7 entlang der Laufbahnen 6 abrollen können. Um die Rollen 7 in seitlicher Richtung führen zu können, weisen die Laufbahnen 6 jeweils Seitenborde 9a, 9b auf.
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Zudem weist der innere Lagerpartner 2 eine Aufnahme 11 für ein Kopplungsteil 12 auf, welches in den inneren Lagerpartner 2 eingesteckt oder wie in der 1 gezeigt durchgesteckt ist. Das Kopplungsteil 11 ist mit seiner Längserstreckung entlang einer zweiten Achse II ausgerichtet, welche senkrecht zu der ersten Achse I angeordnet ist. Eine dritte Achse III steht senkrecht auf den beiden Achsen I, II.
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Im Betrieb ist es möglich, dass innerer Lagerpartner 2 und der äußere Lagerpartner 3 relativ zueinander um die erste Achse I zueinander verschwenkt werden. Bei dieser Schwenkbewegung rollen die Rollen 4 entlang der Laufbahnen 6 ab, sodass sich innerer Lagerpartner 2 und äußerer Lagerpartner 3 zueinander abwälzend bewegen. Zudem ist es möglich, dass innerer Lagerpartner 2 und äußerer Lagerpartner 3 zueinander um die zweite Achse II oder um die dritte Achse III zueinander verschwenkt oder verdreht werden. Diese Rotationsbewegungen können jedoch nicht abwälzend durchgeführt werden, da die Rollen 4 in dieser Richtung formschlüssig gesperrt werden. Stattdessen findet eine gleitende Relativbewegung zwischen dem inneren Lagerpartner 2 und dem äußeren Lagerpartner 3 statt. Die Rollenanordnung kann beispielsweise als ein Kreuzgelenk ausgebildet sein.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Erfindung in der 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei im Gegensatz zu der 1 die erste Achse I gleichgerichtet zu der Längserstreckung des Kopplungsteils 11 ausgerichtet ist und zudem die Laufbahnen 6 koaxial zu der ersten Achse I angeordnet sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der innere Lagerpartner 2 relativ zu dem äußeren Lagerpartner 3 und somit das Kopplungsteil 11 relativ zu dem äußeren Lagerpartner 3 endlos und zudem abwälzend reibungsarm um die erste Achse I und damit um das Kopplungsteil 11 gedreht werden kann. Dagegen sind die Rotationsbewegungen um die zweite Achse II beziehungsweise die dritte Achse III dadurch eingeschränkt, dass das Kopplungsteil 11 durch eine Durchführung 13 durch den äußeren Lagerpartner 3 durchgeführt wird.
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Optional ergänzend weist die Rollenlagerung eine Linearführung 14 auf, welche Laufbahnen 15 für den äußeren Lagerpartner 3 bereitstellt, wobei die Laufbahnen 15 beispielsweise als Rillen ausgebildet sind. Mit dieser Weiterbildung kann der äußere Lagerpartner 3 entlang der Linearführung 14 in den Laufbahnen 15 endlos abrollen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollenlageranordnung
- 2
- innerer Lagerpartner
- 3
- äußerer Lagerpartner
- 4
- Rollen
- 5
- Käfig
- 6
- Laufbahnen
- 7
- Fenster
- 8
- Innenoberfläche (Kugelfläche)
- 9a, b
- Seitenborde
- 10
- Rollenachse der Rollen
- 11
- Aufnahme
- 12
- Kopplungsteil
- 13
- Durchführung
- 14
- Linearführung
- 15
- Laufbahnen
- I
- erste Achse
- II
- zweite Achse
- III
- dritte Achse
- M
- Mittelpunkt
- R1
- Krümmungsradius
- R2
- Krümmungsradius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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