DE102014203631A1

DE102014203631A1 - Wälzlager und Getriebewelle mit einem derartigen Wälzlager

Info

Publication number: DE102014203631A1
Application number: DE102014203631.3A
Authority: DE
Inventors: Franz Kurth; Thorsten BIERMANN
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-03

Abstract

Wälzlager (1) mit einem Innenring (2) und einem Außenring (3) mit Laufbahnen (4, 5) für dazwischen angeordnete als Toroidalrollen ausgebildete Wälzkörper (6), wobei die Laufbahnen (4, 5) so gestaltet sind, dass ein Vierpunktlager mit zwei Druckwinkeln gebildet ist und wobei die Laufbahnen (4, 5) ein gotisches Profil aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Innenring und einem Außenring mit Laufbahnen für dazwischen angeordnete als Toroidalrollen ausgebildete Wälzkörper, wobei die Laufbahnen so gestaltet sind, dass ein Vierpunktlager mit zwei Druckwinkeln gebildet ist.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Wälzlager, die auch als Vierpunktlager bezeichnet werden, weisen eine spezielle Laufbahngeometrie auf, wodurch bei Belastung zwei Druckwinkel erzeugt werden. Mit derartigen Vierpunktlagern können axiale Kräfte in beiden Richtungen aufgenommen werden. Typischerweise beträgt der Tragwinkel 45°. Als nachteilig wird allerdings die geringe Tragzahl derartiger Vierpunktlager angesehen, wodurch sich deren Bauraum vergrößert.
Ein Vierpunktlager, das für die Lagerung der Rotorwelle einer Windkraftanlage eingesetzt werden kann, ist aus der DE 10 2008 049 813 A1 bekannt. Die Laufbahnen sind so geformt, dass sich gekreuzte Drucklinien bilden.
Aus der DE 10 2010 013 741 A1 ist ein Wälzlager mit einem sogenannten gotischen Laufbahnprofil bekannt, wodurch bewirkt wird, dass sich ein Wälzkörper an vier Punkten an den Laufbahnen abstützt.
Von einem Wettbewerber werden Toroidalrollenlager unter der Bezeichnung CARB angeboten. Es handelt sich dabei um einreihige Rollenlager mit leicht balligen Rollen. Die Laufbahnen im Außenring und auf dem Innenring sind konkav ausgebildet. Das Toroidalrollenlager vereint die Vorteile eines winkelbeweglichen Pendelkugellagers mit denen eines axial verschiebbaren Zylinderrollenlagers. Somit können Schiefstellungen sowie Axialverschiebungen bei einer Lagerung durch das Toroidalrollenlager ausgeglichen werden, ohne dass dadurch eine erhöhte Reibung auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, bei dem das Verhältnis zwischen Tragzahl und Bauraum verbessert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Laufbahnen ein gotisches Profil aufweisen.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene gotische Profil ergeben sich vier Kontaktpunkte, an denen ein Wälzkörper mit der Innen- und der Außenlaufbahn in Kontakt steht. Da kein flächiger Kontakt vorhanden ist, zeichnet sich das erfindungsgemäße Wälzlager durch einen reibungsarmen Betrieb aus. Das erfindungsgemäße Wälzlager weist Toroidalrollen auf, das heißt es handelt sich um Abschnitte eines Torus, jede Toroidalrolle weist zwei zueinander parallele Flächen auf, der zwischen den beiden beabstandeten parallelen Flächen angeordnete Bereich ist sphärisch geformt.
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager wird es besonders bevorzugt, dass der Radius des sphärischen Abschnitts der Wälzlager größer als der halbe Durchmesser der Wälzkörper ist. Das bedeutet, dass die Toroidalrollen, genauer gesagt deren sphärischer Abschnitt, nicht einer Kugelform entspricht, stattdessen weist der sphärische Abschnitt einen größeren Radius auf. Dementsprechend weist der sphärische Abschnitt der Wälzkörper eine geringere Krümmung als eine Kugel auf, die den gleichen maximalen Außendurchmesser besitzt. Eine derartige Kugel bzw. ein derartiger Toroid läge innerhalb des durch die Toroidrolle gebildeten dreidimensionalen Körpers, beide Körper hätten lediglich eine gemeinsame kreisförmige Umfangslinie, die gleichzeitig die Symmetrieebene der Toroidrolle bildet.
Ein besonders günstiger Druckwinkel ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager, wenn der Radius des sphärischen Abschnitts wenigstens um das 0,1-fache und höchstens um das 0,3-fache des Außendurchmessers der Wälzkörper größer als der Außendurchmesser der Wälzkörper ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Toroidalrollen ergeben sich Druckwinkel zwischen 15° und 25°, die wiederum eine Tragfähigkeit des erfindungsgemäßen Wälzlagers sicherstellen.
Daneben betrifft die Erfindung eine Getriebewelle mit einem Festlager. Erfindungsgemäß ist das Festlager als Wälzlager der beschriebenen Art ausgebildet. Die Getriebewelle kann beispielsweise Bestandteil einer Windkraftanlage sein und zur Lagerung des Rotors dienen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur ist eine geschnittene Ansicht und zeigt ein erfindungsgemäßes Wälzlager.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Das in der Figur gezeigte Wälzlager 1 umfasst einen Innenring 2, einen Außenring 3, die jeweils eine Laufbahn 4, 5 aufweisen.
Zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 sind Wälzkörper 6 aufgenommen, die als Toroidalrollen ausgebildet sind. Ein Wälzkörper 6 weist zwei zueinander parallele Flächen 7, 8 auf, dazwischen befindet sich ein sphärischer Abschnitt 9, der allerdings nicht kugelförmig ausgebildet ist. In der Figur bezeichnet der Punkt M den halben Außendurchmesser (d/2) der Wälzkörper 6. Der Radius r des Wälzkörpers 6 entspricht hingegen nicht dem halben Außendurchmesser d/2 der Wälzkörper, vielmehr ist der Radius r größer als der halbe Außendurchmesser d/2, wie in der Figur gezeigt ist. Die Differenz zwischen dem Radius r und dem halben Außendurchmesser d/2, die in der Figur mit e bezeichnet ist, beträgt zwischen dem 0,1-fachen und dem 0,3-fachen des Außendurchmessers d der Wälzkörper 6.
Da die Laufbahnen 4, 5 des Innenrings 2 und des Außenrings 3 ein gotisches Profil aufweisen, sind zwischen Innenring 2, Außenring 3 und den Wälzkörpern 6 vier Kontaktpunkte gebildet, was durch die in der Figur eingezeichneten Drucklinien 10, 11 visualisiert wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der zwischen der Symmetrieebene des Wälzkörpers 6 und einer Drucklinie 10, 11 gebildete Druckwinkel α etwa 25°.
Das in der Figur gezeigte Wälzlager 1 kann als Festlager einer Getriebewelle eingesetzt werden, es eignet sich besonders gut für eine Getriebewelle, die für hohe Lasten ausgelegt ist, beispielsweise eine Rotorwelle einer Windkraftanlage.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Innenring
3: Außenring
4: Laufbahn
5: Laufbahn
6: Wälzkörper
7: Fläche
8: Fläche
9: Abschnitt
10: Drucklinie
11: Drucklinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008049813 A1 [0003]
DE 102010013741 A1 [0004]

Claims

Wälzlager (1) mit einem Innenring (2) und einem Außenring (3) mit Laufbahnen (4, 5) für dazwischen angeordnete als Toroidalrollen ausgebildete Wälzkörper (6), wobei die Laufbahnen (4, 5) so gestaltet sind, dass ein Vierpunktlager mit zwei Druckwinkeln gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (4, 5) ein gotisches Profil aufweisen.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r) eines sphärischen Abschnitts der Wälzkörper (6) größer als der halbe Außendurchmesser (d/2) der Wälzkörper (6) ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r) des sphärischen Abschnitts wenigstens um das 0,1-fache und höchstens um das 0,3-fache des Außendurchmessers (d) der Wälzkörper (6) größer als der Außendurchmesser (d) der Wälzkörper (6) ist.
Getriebewelle mit einem Festlager, das als Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.