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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Vierpunktlager, mit einem als Innenring und einem als Außenring ausgebildeten Lagerring und dazwischen angeordneten Wälzkörpern, wobei die Lagerringe so geformt sind, dass zwei Druckwinkel entstehen.
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Hintergrund der Erfindung
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Vierpunktlager sind einreihige Schrägkugellager und zeichnen sich durch einen geringen Bauraum in axialer Richtung im Vergleich zu zweireihigen Kugellagern aus.
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1 zeigt ein herkömmliches Vierpunktlager 1. Das Vierpunktlager umfasst einen ersten als Außenring 2 ausgebildeten Lagerring und einen zweiten als Innenring 3 ausgebildeten Lagerring. Zwischen Außenring 2 und Innenring 3 sind Kugeln 4 angeordnet, die von einem Käfig 5 gehalten sind. Die Laufbahnen von Außenring 2 und Innenring 3 sind so geformt, dass zwei Druckwinkel α erzeugt werden. Der Druckwinkel α ist dabei definiert als Winkel zwischen der von den Kugeln auf den Innenring übertragenen Kraft und der Radialrichtung. Bei dem in 1 gezeigten herkömmlichen Vierpunktlager sind die beiden Druckwinkel α gleich groß.
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Bei bestimmten technischen Anwendungen, insbesondere bei hochbelasteten Lagern, können derartige einreihige Vierpunktlager jedoch nicht eingesetzt werden. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung sind Lager für Rotorblätter einer Windkraftanlage, in diesen Fällen wird zumeist auf zweireihige Lager zurückgegriffen, wie beispielsweise aus der
DE 196 34 059 C1 und der
DE 100 11 464 C1 hervorgeht.
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Das in 1 gezeigte Vierpunktlager eignet sich besonders gut für Anwendungen, bei denen die aufzunehmenden Axialkräfte in beiden Richtungen etwa gleich groß sind. Allerdings gibt es auch Anwendungen, bei denen eine Vorzugsrichtung vorhanden ist, das heißt dass die Axialkräfte in eine Richtung größer als die Axialkräfte in die entgegengesetzte Richtung sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vierpunktlager anzugeben, das für Anwendungen geeignet ist, bei denen die auftretenden Axialkräfte in entgegengesetzten Richtungen unterschiedlich groß sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Vierpunktlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lagerringe asymmetrisch geformt sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es beim Vorhandenstein unterschiedlich großer Axialkräfte zweckmäßig ist, geänderte Lagerringe vorzusehen, deren Form an die ungleichen Axialkräfte angepasst ist. Durch diese optimierte Form kann ein Vierpunktlager mit hoher Leistungsdichte geschaffen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vierpunktlager wird es bevorzugt, dass die Querschnitte der beiden Lagerringe punktsymmetrisch zueinander geformt sind. Das bedeutet, dass die Querschnitte der beiden Lagerringe durch eine Spiegelung an einem Symmetriepunkt auf sich selbst abgebildet werden. Der Symmetriepunkt kann dabei der Mittelpunkt eines Wälzkörpers, insbesondere einer Kugel sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vierpunktlager kann es vorgesehen sein, dass sich die Lagerschultern eines Lagerrings unterschiedlich weit in Radialrichtung erstrecken. Dementsprechend ist eine Lagerschulter länger als die andere, gegenüberliegende Lagerschulter desselben Lagerrings. Daraus folgt, dass auch die Kontaktpunkte zwischen den Lagerringen und dem Wälzkörper an anderen Stellen im Vergleich zu dem herkömmlichen, in 1 gezeigten Vierpunktlager angeordnet sind. Durch die asymmetrische Formgebung mittels unterschiedlich langer Lagerschultern kann die Form der Lagerringe besonders gut an die unterschiedlich großen Axialkräfte angepasst werden.
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Eine Folge dieser Formgebung ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Vierpunktlager die beiden gebildeten Druckwinkel asymmetrisch zur Axialrichtung angeordnet sind. Bei herkömmlichen Vierpunktlagern sind die beiden Druckwinkel hingegen symmetrisch zur Axialrichtung sowie zur Radialrichtung angeordnet. Dies gilt jedoch nicht für das erfindungsgemäße Vierpunktlager, bei dem die beiden Kontaktpunkte eines jeden Lagerrings nicht symmetrisch zur Axialrichtung und ebenso wenig symmetrisch zur Radialrichtung angeordnet sind. Daraus ergeben sich „schiefe“ Druckwinkel, die auf die Größe und Richtung der beim Betrieb des erfindungsgemäßen Vierpunktlagers auftretenden Axial- und Radialkräfte abgestimmt werden können.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass ein Druckwinkel 15° bis 20° beträgt, als Druckwinkel wird dabei der von einer gedachten Kraftlinie und der Radialrichtung eingeschlossene Winkel bezeichnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vierpunktlager wird es bevorzugt, dass der Außenring und/oder der Innenring geteilt ausgebildet ist bzw. sind. Die geteilte Ausgestaltung wenigstens eines Lagerrings erleichtert das Einbringen der Wälzkörper in den Zwischenraum zwischen Innenring und Außenring.
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Bei dem erfindungsgemäßen Vierpunktlager wird es besonders bevorzugt, dass die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Getriebewelle mit einem Festlager, das als Vierpunktlager der beschriebenen Art ausgebildet ist. Die Getriebewelle kann beispielsweise Bestandteil einer Windkraftanlage sein und zur Lagerung oder Verstellung eines Rotorblatts dienen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine geschnittene Ansicht eines herkömmlichen Vierpunktlagers; und
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2 eine geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Vierpunktlagers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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2 ist eine geschnittene Ansicht eines Vierpunktlagers 6, umfassend zwei Lagerringe, die als Außenring 7 und Innenring 8 ausgebildet sind. Der Außenring 7 ist geteilt ausgebildet und umfasst einen ersten Lagerringabschnitt 9 und einen zweiten Lagerringabschnitt 10. Zwischen Außenring 7 und Innenring 8 sind als Kugeln 11 ausgebildete Wälzkörper aufgenommen.
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Das Bezugszeichen 12 bezeichnet die gestrichelt dargestellte Axialrichtung, das Bezugszeichen 13 die ebenfalls gestrichelt dargestellte Radialrichtung.
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In 2 erkennt man, dass die Kugel 11, der Außenring 7 und der Innenring 8 insgesamt vier Kontaktpunkte 14 aufweisen, das heißt die Kugeln 11 wälzen sich auf kreisförmigen Laufbahnen der Lagerringe ab. In 2 ist dargestellt, dass Außenring 7 und Innenring 8 asymmetrisch geformt sind, jeder Kontaktpunkt 14 ist Bestandteil eines Laufbahnabschnitts 15, 16, wobei die beiden aneinander angrenzenden Laufbahnabschnitte 15, 16 einen stumpfen Winkel einschließen. Die beiden Laufbahnabschnitte 15, 16 sind jeweils konkav, also nach innen gewölbt, der Krümmungsradius der Laufbahnabschnitte 15, 16 ist dabei größer als der Radius der Kugeln 11, so dass ein Kontakt zwischen den Kugeln 11 und den Laufbahnabschnitten 15, 16 – wie bereits erwähnt – lediglich an den Kontaktpunkten 14 vorhanden ist, daneben ist beidseitig jeweils ein Freiraum vorhanden.
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Durch die Kontaktpunkte 14 ergeben sich zwei gestrichelt dargestellte Drucklinien 17, 18. Da die beiden Lagerringe asymmetrisch ausgebildet sind, sind auch die insgesamt vier Kontaktpunkte asymmetrisch angeordnet, wodurch sich – anders als bei dem herkömmlichen Vierpunktlager von 1 – die asymmetrischen Druckwinkel ergeben. Ein erster Druckwinkel β erstreckt sich zwischen der Drucklinie 17 und der Radialrichtung 13, ein zweiter Druckwinkel γ erstreckt sich zwischen der Radialrichtung 13 und der Drucklinie 18. In 2 sind die Druckwinkel β und γ übertrieben groß dargestellt, in der Praxis beträgt ein derartiger Druckwinkel 15° bis 25°.
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Die Lagerschultern 19, 20 des Innenrings 8 erstrecken sich unterschiedlich weit in Radialrichtung, wobei die Lagerschulter 20 in diesem Ausführungsbeispiel länger als die gegenüberliegende Lagerschulter 19 des Innenrings 8 ist. Die spezielle Form des Innenrings 8 und des Außenrings 7 ist für Anwendungen vorgesehen, bei denen unterschiedlich große Axialkräfte auftreten. Die in 2 gezeigte Struktur des Vierpunktlagers 6 ermöglicht die Aufnahme besonders hoher Axialkräfte, die entlang der Drucklinie 18 auftreten.
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Das Vierpunktlager 6 ist ein Festlager einer Getriebewelle einer Windkraftanlage.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vierpunktlager
- 2
- Außenring
- 3
- Innenring
- 4
- Kugel
- 5
- Käfig
- 6
- Vierpunktlager
- 7
- Außenring
- 8
- Innenring
- 9
- Lagerringabschnitt
- 10
- Lagerringabschnitt
- 11
- Kugel
- 12
- Axialrichtung
- 13
- Radialrichtung
- 14
- Kontaktpunkt
- 15
- Laufbahnabschnitt
- 16
- Laufbahnabschnitt
- 17
- Drucklinie
- 18
- Drucklinie
- 19
- Lagerschulter
- 20
- Lagerschulter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19634059 C1 [0004]
- DE 10011464 C1 [0004]
