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Vorliegende Erfindung betrifft einen Lagerring für ein Wälzlager, insbesondere für ein Kegelrollenlager, gemäß Patentanspruch 1, und ein Wälzlager mit einem derartigen Lagerring.
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Bei Wälzlagern mit Linienberührung, und insbesondere bei Kegelrollenlagern, bei denen die Wälzkörper die Laufflächen der Lagerringe entlang einer Linie berühren, treten bei nicht exakt mittiger Belastung und einer damit einhergehenden Schiefstellung an den einander gegenüberliegenden Enden der Wälzkörper sehr hohe Lasten, sogenannte Kantenspannungen, auf. Es wurde deshalb im Stand der Technik vorgeschlagen, die Lagerbauteile, insbesondere die Lagerringe und Wälzkörper mit einem konvexen Profil auszustatten, wodurch die Belastung auch bei Last- oder Schiefstellung relativ gleichmäßig über den Wälzkörper verteilt werden kann. Das konvexes Profil wird üblicherweise nach dem Drehen und Härten der Lagerbauteile mittels Schleifen und/oder Honen an den Laufflächen und/oder den Wälzkörper ausgebildet. Dabei ermöglichen die Profile, dass die Belastung auch bei Last- oder Schiefstellung relativ gleichmäßig über den Wälzkörper verteilt ist.
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Nachteilig bei derartigen Profilen ist jedoch, dass die Ausbildung des vorgegebenen Profils mit hoher Präzision hergestellt werden muss. Dies ist über einen langen Fertigungszeitraum nur begrenzt möglich. Grund dafür ist beispielsweise, dass ein Verschleiß von bei der Fertigung eingesetzten Schleif- und Honsteinen, mit deren Hilfe das Profil ausgebildet wird, eine zunehmende Abweichung von der Vorgabe zur Folge haben kann. Diese Abweichung kann sogar zu einer Erhöhung des Kantenspannungsproblems führen. Zudem ist die Bearbeitung der Lagerbauteile sehr kostenintensiv.
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Ein weiterer Nachteil der profilierten Ausgestaltung liegt darin, dass die Wälzkörper aufgrund der Profilierung nicht mehr über ihre gesamte Länge an den Lauflächen anliegen, was wiederum die Druckbelastung an den Wälzkörpern erhöht und damit die Belastbarkeit des Wälzlagers mindert.
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Das Dokument
DE 10 2009 032 700 A1 beschreibt einen Lagerring für ein Schrägrollenlager, wobei der Lagerring zur Beeinflussung einer Lagerringsteifigkeit mindestens ein Federungselement aufweist.
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Das Dokument
US 2004 / 0 131 297 A1 beschreibt ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring und mehreren dazwischen angeordneten Lagerrollen, wobei der Außenring eine axiale Stirnfläche und eine darin ausgebildete Nut aufweist, wobei sich die Nut in Längsrichtung um die Rotationsachse des Lagers erstreckt.
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Das Dokument
US 5 028 152 A beschreibt ein Kegelrollenlager zur Anordnung zwischen Bauteilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wobei das Lager einen ersten Ring, einen zweiten Ring und einen Kompensationsring aufweist, wobei der Kompensationsring zwischen einem der Ringe und einem der Bauteile, zwischen denen das Lager angeordnet ist, getragen wird, und wobei der Kompensationsring aus einem Material mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet ist, das derart ausgewählt ist, dass der Kompensationsring unterschiedliche Wärmeausdehnungen und - Kontraktionen zwischen den Bauteilen kompensiert, so dass die Einstellung des Lagers im allgemeinen über einen breiten Temperaturbereich gleichmäßig bleibt.
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Das Dokument
FR 52 822 E beschreibt ein Rollenlager, bei dem ein Laufring auf einer Welle montiert ist, wobei die Welle eine Art Anschlag aufweist, an dem der Laufring axial anliegt.
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Das Dokument
JP 2013 - 221 610 A beschreibt eine Lagermontagestruktur mit einem Wälzlager mit einem Außenring, einer Welle, einem Gehäuse mit einer radialen Innenfläche, die an dem Außenring angebracht ist, einem ersten Abstandshalter und einem zweiten Abstandshalter. Das Gehäuse ist aus einem Material gebildet, das einen positiven linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als der des Lagers und der Welle ist. Weiterhin ist der erste Abstandshalter aus einem Material mit einem negativen linearen Ausdehnungskoeffizienten gebildet und der zweite Abstandshalter ist aus einem Material mit einem positiven linearen Ausdehnungskoeffizienten gebildet.
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Das Dokument
US 5 549 397 A beschreibt einen einstellbaren Abstandshalter in Form eines Rings zur Montage zwischen einem Paar Kegelrollenlagern, die auf einer Achse oder Spindel montiert sind, um zu ermöglichen, dass eine Last axial auf die Lager aufgebracht wird. Der einstellbare Abstandshalter kann eine in einem Radius von einer imaginären Achse des Abstandshalters angeordnete Verlängerung, ein von der Verlängerung radial nach außen gerichtetes Kontaktmittel und einen zwischen dem Kontaktmittel und der Verlängerung angeordneten komprimierbaren Bereich aufweisen, wobei sich der komprimierbare Bereich bei einer vorbestimmten Belastung verformt in axialer Richtung auf den Ring aufgebracht wird.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, ein möglichst einfach zu fertigendes Wälzlager bereitzustellen, das eine große Lebensdauer aufweist und resistent gegen Schiefstellungsbelastungen ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Lagerring gemäß Patentanspruch 1 und ein Wälzlager gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Lagerring für ein Wälzlager, insbesondere für ein Kegelrollenlager, bereitgestellt, der eine Lauffläche für einen Walzkörper und eine sich im Wesentlichen axial erstreckende Außenfläche aufweist, die dazu ausgelegt ist, drehfest mit einem zu lagernden Element verbindbar zu sein. Weiterhin weist der Lagerring eine erste und eine zweite sich im Wesentlichen radial erstreckende Randfläche auf, die den Lagerring axial begrenzen. Um die Kantenspannung zu reduzieren, aber gleichzeitig den mindestens eine Wälzkörper entlang seiner gesamten Länge mit der Lauffläche des Lagerrings zu unterstützen, weist der Lagerring erfindungsgemäß an mindestens einer seiner Randflächen eine Kante auf, die bei Druckbelastung flexibel ausgestaltet ist. Durch diese flexible Ausgestaltung kann der Kantenspannung entgegengewirkt werden, ohne dass die Lauffläche des Lagerrings und/oder der Wälzkörper selbst eine Profilierung aufweisen muss. Die flexible Kante kann bei Druckbelastung durch die Wälzkörper nachgeben, so dass die Kantenspannung abgebaut werden kann. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, trotz flexibler Kante auch noch eine Profilierung der Lagerbauteile vorzusehen.
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Ferner ist die flexible Kante über mindestens eine in der ersten und/oder zweiten Randfläche und/oder in der Außenfläche ausgebildete Aussparung ausgebildet. Da üblicherweise Lagerringe aus Stahl oder Metall gefertigt werden und massiv ausgebildet sind, ermöglicht die erfindungsgemäß ausgestaltete Aussparung über eine Materialreduktion in dem Kantenbereich, dass eine flexible Kante ausgebildet ist. Dabei kann die flexible Kante in ihrer Materialstärke an die zu erwartenden Belastungen und vor allem hinsichtlich ihrer Flexibilität angepasst sein. Wird nun aufgrund von Schrägstellung der Lagerbauteile ein Druck von einem Wälzkörper auf diese Kante ausgeübt, so kann aufgrund der Aussparung die Kante von dem Wälzkörper wegfedern und dadurch die sonst auftretende Kantenspannung abmildern.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Aussparung insbesondere nutförmig ausgebildet. Eine derartige Nut kann einfach in den Lagerring eingedreht werden oder sogar während des Schmiedens ausgebildet werden. Dies erfordert anders als eine Profilierung kein hochpräzises Arbeiten und ist demnach einfacher und kostengünstiger herzustellen.
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Weiterhin ist die Aussparung größer ausgestaltet, so dass sich die Aussparung bis zu der Außenfläche erstreckt, wodurch die Lauffläche eine größere axiale Erstreckung aufweist als die Außenfläche. Eine derartige Aussparung kann beispielsweise durch eine entsprechende Formgebung beim Schmieden oder Drehen hergestellt werden. Auch diese Ausgestaltung ist leicht zu fertigen und demnach kostengünstig auszubilden. Selbstverständlich ist auch möglich, eine erste Aussparung in Form einer Nut und eine zweite Aussparung, die sich bis zur Außenfläche erstreckt, auszugestalten.
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Um eine besonders gute Federwirkung zu erzielen, kann, wie ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zeigt, die Außenfläche einen ersten Außenflächenbereich und einen dazu radial versetzt ausgebildeten zweiten Außenflächenbereich aufweisen, der in die Randfläche übergeht und die flexible Kante ausbildet. Dadurch wird zwischen dem Außenflächenbereich des Lagerrings und einem den Lagerring aufnehmenden Element ein Spalt ausgebildet, der ein Einfedern für die flexible Kante ermöglicht. Da insbesondere bei einem Kegelrollenlager der Außenring an seinem größeren Durchmesser nur eine sehr kleine Randfläche aufweist, die direkt in die Außenfläche übergeht und die Außenfläche direkt das zu lagernde Element kontaktiert ist es vorteilhaft, die Außenfläche in die flexible Kantengestaltung mit einzubeziehen und über den radial versetzten Außenflächenbereich einen Platz zu schaffen in den die flexible Kante einfedern kann.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die erste und/oder zweite Randfläche einen ersten Randflächenbereich und einen dazu axial versetzt ausgebildeten zweiten Randflächenbereich auf, wobei der erste oder der zweite Randflächenbereich die flexible Kante ausbildet. Dadurch kann der für die flexible Ausgestaltung der Kante notwendige Platz geschaffen werden, auch wenn der Lagerring direkt ein axial daneben angeordnetes Element kontaktiert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Lagerring axial von einem Sicherungselement in seiner axialen Position gesichert wird, das sich insbesondere bis über die gesamte radiale Ausdehnung des Lagerrings erstrecken kann.
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Die oben erläuterte erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lagerringe ist insbesondere bei Außenringen vorteilhaft, da eine Profilierung der innenliegenden Lauffläche eine Verschlechterung der Führung für die Wälzkörper nach sich ziehen kann. Zudem können die erforderlichen Geometrien für die flexible Kante einfach und schnell, beispielsweise über Drehen an dem Außenring ausgebildet werden.
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Soll die flexible Kante am Innenring ausgebildet werden, kann diese Formgebung problemlos auch am kleinen Durchmesser der Laufbahn umgesetzt werden. Am großen Durchmesser mit seinem benachbarten Führungsbord kann beispielswese ein zur Laufbahn hin konvex geformter Führungsbord vorgesehen werden, um weiterhin eine gute Rollenführung bei gleichzeitig erfolgender Deformation des Laufbahnrandbereiches zu ermöglichen.
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Alternativ oder zusätzlich kann zu einem Abbau der Kantenspannung selbstverständlich auch ein Wälzkörper selbst beitragen. Ein Wälzkörper mit Linienführung für ein Wälzlager, insbesondere eine Kegelrolle, kann eine Umfangsfläche aufweisen, die dazu ausgelegt ist, eine Lauffläche entlang einer Linie zu kontaktieren. Weiterhin weist der Wälzkörper zwei im Wesentlichen radiale Begrenzungsflächen auf. Dabei kann die Umfangsfläche derart ausgestaltet sein, dass zumindest im Bereich einer der radialen Begrenzungsflächen ein flexibel ausgestalteter Endbereich vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise über eine Materialreduzierung im Randbereich beispielsweise in Form einer Aushöhlung realisiert sein. Wie schon oben in Bezug auf die Lagerringe erläutert, ermöglicht dieser flexible Endbereich, dass insbesondere bei Schiefstellungen, bei denen hohe Belastungen an den Kanten der Wälzkörper auftreten, entweder die Kanten der die Wälzkörper lagernden Lagerringe und/oder eben die Kanten der Wälzkörper flexibel ausgestaltet sind. Dadurch kann eine abgefederte Verkippung der Wälzkörper ermöglicht werden, wodurch die Kantenspannungsspitzen abgebaut bzw. reduziert werden können.
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Ein weiterer Aspekt vorliegender Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem ersten und einem zweiten Lagerring, die zueinander verdrehbar ausgebildet sind und zwischen denen mindestens ein Wälzkörper aufgenommen ist. Dabei sind der erste und/oder der zweite Lagerring wie oben beschrieben mit einer flexiblen Kante ausgebildet. Dadurch kann ein Wälzlager bereitgestellt werden, das eine reduzierte Kantenspannung aufweist, und dessen Lebensdauer dadurch erhöht wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht dazu verwendet werden, den Schutzbereich der Anmeldung festzulegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Lagerrings;
- 2: eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lagerrings; und
- 3: eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Lagerrings.
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Im Folgenden werden gleiche bzw. funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt schematisch eine Schnittansicht durch einen Teil einer Wälzlageranordnung 100, wobei die Wälzlageranordnung 100, ein als Kegelrollenlager ausgebildetes Wälzlager 1 aufweist, von dem schematisch nur ein Lagerring 2, in Form eines Außenrings, und ein Wälzkörper 4 dargestellt ist. Das Wälzlager 1, genauer der Außenring 2 ist, wie zu sehen, unter Presspassung in einem Gehäuse 6 aufgenommen.
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Der Lageraußenring 2 selbst weist eine Lauffläche 8 auf, an der der Wälzkörper 4 entlangläuft. Weiterhin hat der Außenring 2 eine Außenfläche 10, die das Gehäuse 6 kontaktiert, wobei üblicherweise der Außenring 2 unter Presspassung in dem Gehäuse 6 aufgenommen ist. Seitlich begrenzt wird der Lageraußenring 2 über Randflächen 12, 14, die eine axiale Begrenzung des Lagerrings 2 bereitstellen.
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Weiterhin zeigt 1, dass an dem Lageraußenring 2 flexible Kanten 16, 18 ausgebildet sind, die sich bei Druckbeaufschlagung über den Wälzkörper 4 elastisch in Richtung Gehäuse 6 bewegen können, so dass eine Kantenspannung zwischen Wälzkörper 4 und Lageraußenring 2 vermindert wird, auch wenn weder der Lagerring 2 noch der Wälzkörper 4 eine Profilierung in Form eines konvexen Profils aufweisen.
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Um die flexiblen Kanten 16, 18 auszubilden, weisen die Randflächen 12, 14 einen ersten Randflächenabschnitt 12-1, 14-1 und einen zweiten Randflächenabschnitt 12-2, 14-2 auf, wobei die zweiten Randflächenbereiche 12-2, 14-2 nach axial innen versetzt ausgebildet sind, so dass die ersten Randflächenbereiche 12-1, 14-1 die flexiblen Kanten 16, 18 ausbilden. Je nach Dicke d der so bereitgestellten Kanten 16, 18 kann eine größere oder kleinere Federwirkung erzielt werden.
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Weiterhin zeigt 1, dass in diesem Ausführungsbeispiel die axiale Länge L1 der Lauffläche 8 größer ausgebildet ist, als die axiale Länge L2 der Außenfläche 10 des Lagerrings 2.
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Da insbesondere bei den Außenringen 2 eine Profilierung der Lauffläche 8 Nachteile mit sich bringt, da die Wälzkörper nicht optimal geführt werden, kann mit der der flexiblen Kanten 16, 18 erreicht werden, dass bei Schiefstellung keine bzw. nur eine geringe das Lager 1 beeinträchtigende Kantenspannung zwischen dem Lagerring 2 und dem Wälzkörper 4 entsteht.
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Selbstverständlich kann eine derartige Ausgestaltung auch am Innenring vorgesehen sein, wie 2 zeigt. 2 zeigt in analoger Weise zu 1 schematisch eine Schnittansicht durch einen Teil einer Wälzlageranordnung 100, wobei die Wälzlageranordnung 100, ein als Kegelrollenlager ausgebildetes Wälzlager 1 aufweist, von dem schematisch nur der erfindungsgemäß ausgebildete Innenring 3 und der Wälzkörper 4 dargestellt ist. Das Wälzlager 1, genauer der Innenring 3, ist ebenfalls unter Presspassung in dem Gehäuse 6 aufgenommen.
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Der Lagerinnenring 3 selbst weist ebenfalls eine Lauffläche 8 auf, an der der Wälzkörper 4 entlangläuft. Weiterhin hat der Innenring 3 eine Außenfläche 10, die das Gehäuse 6 kontaktiert. Seitlich begrenzt wird der Innenring 3 über Randflächen 12, 14, die eine axiale Begrenzung des Lagerrings 3 bereitstellen.
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Weiterhin zeigt 2, dass an dem Lagerinnenring 3 flexible Kanten 16, 18 ausgebildet sind, die sich bei Druckbeaufschlagung über den Wälzkörper 4 elastisch in Richtung Gehäuse 6 bewegen können, so dass eine Kantenspannung zwischen Wälzkörper 4 und Lagerinnenring 3 vermindert wird.
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Um die flexiblen Kanten 16, 18 auszubilden, weisen die Randflächen 12, 14 einen ersten Randflächenabschnitt 12-1, 14-1 und einen zweiten Randflächenabschnitt 12-2, 14-2 auf, wobei die zweiten Randflächenbereiche 12-2, 14-2 nach axial innen versetzt ausgebildet sind, so dass die ersten Randflächenbereiche 12-1, 14-1 die flexiblen Kanten 16, 18 ausbilden.
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Zusätzlich zu den dargestellten Ausführungen kann auch vorgesehen sein, dass die Wälzkörper 4 und einer der Lagerringe nach wie vor eine Profilierung aufweisen. Ebenfalls vom Rahmen der Erfindung ist umfasst, dass der Außenring 2 mit einer Profilierung ausgestaltet ist, und nur der Innenring die erfindungsgemäßen flexiblen Kanten aufweist. Alternativ oder zusätzlich zu den in 1 und 2 dargestellten Ausführungen kann auch der Wälzkörper 4 selbst in einem Kantenbereich 20, 22 flexibel ausgestaltet werden, so dass auch darüber eine Reduzierung der Kantenspannung möglich ist. Dazu kann beispielsweise der Wälzkörper 4 in zumindest einem der Kantenbereiche 20, 22 ausgehöhlt ausgebildet sein.
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Da insbesondere bei Kegelrollenlagern eine axiale Bewegung des Lagers 1 in Richtung des kleineren Durchmessers auftreten kann, ist weiterhin ein Sicherungselement 24 vorgesehen, das den Außenring 2 bzw. den Innenring 3 in seiner axialen Position sichert. Dabei liegt das Sicherungselement 24 vorzugsweise direkt an der Randfläche 14, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere an dem zurückversetzten Randflächenbereich 14-2, an, um eine axiale Bewegung des Lagerrings 2; 3 zu begrenzen. Das Sicherungselement 24 kann dabei als Sprengring bzw. Sicherungsring ausgestaltet sein, es ist jedoch auch möglich, das Sicherungselement 24 als integralen Bestandteil des Gehäuses 6 auszubilden. Um jedoch eine ausreichende Flexibilität der Kante 18 zu gewährleisten, sollte das Sicherungselement 24 zumindest in ausreichendem Abstand von der Kante 18 angeordnet sein.
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Ist eine derartig beabstandete Ausbildung nicht möglich, so zeigt 3 ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagerrings, bei dem das Gehäuse 6 integral mit einem Sicherungselement 24 ausgebildet ist, und sich das Sicherungselement 24 bis über die radiale Länge des Lagerrings 2 erstreckt. Derartige Gehäuseausbildungen ermöglichen eine besonders sichere Aufnahme des Lagerrings 2. Um jedoch auch hier eine Kantenspannung über die flexible Kanten 16, 18 zu reduzieren, ist die Randfläche 14 derart ausgebildet, dass nicht die zweite Randfläche 14-2 nach axial innen versetzt ist, sondern die erste Randfläche 14-1 axial nach innen versetzt ausgebildet ist, so dass ein Spalt 26 zwischen der Kante 18 bzw. der ersten Randfläche 14-1 und dem Sicherungselement 24 entsteht. Um eine Flexibilität der Kante 18 bereitzustellen, ist weiterhin eine Flexibilitätsnut 28 vorgesehen, die eine federnde Ausbildung der Kante 18 ermöglicht.
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Weiterhin zeigt 3, dass eine derartige Flexibilitätsnut 30 auch in der Außenfläche 10 ausgebildet ist. Zudem ist zu sehen, dass die Kante 16 in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, nicht wie in 1 über den Randbereich 12 ausgebildet ist, da die Randfläche 12 bereits sehr schmal ausgestaltet ist, sondern die Außenfläche 10 einen ersten Au-ßenflächenbereich 10-1 und einen zweiten Außenflächenbereich 10-2 aufweist, wobei der zweite Außenflächenbereich 10-2 nach radial innen versetzt ist, so dass zwischen Gehäuse 6 und zweitem Außenflächenbereich 10-2 ein Spalt 32 verbleibt. Der zweite Außenflächenbereich 10-2 geht direkt in den Randbereich 12 über und bildet mit diesem zusammen die flexible Kante 16. Der Spalt 32 und die Flexibilitätsnut 30 sorgen dabei für eine Flexibilität der Kante 16 bei Druckbelastung.
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Insgesamt kann mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung von Lagerring oder Wälzkörper mit flexiblen Kanten ein Wälzlager bereitgestellt werden, das eine reduzierte Kantenspannung aufweist und damit dessen Lebensdauer vergrößert ist. Gleichzeitig ermöglicht das erfindungsgemäße Wälzlager, dass die Berührung der Wälzkörper an der Lauffläche der Lagerringe maximiert ist, so dass die Druckbelastung auf die Wälzkörper kleiner ist als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Profilierung. Da erfindungsgemäß die Kanten flexibel ausgestaltet sind, kann trotzdem, insbesondere bei Schiefstellung eine gleichmäßige Belastung auch im Bereich der Kanten erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Wälzlageranordnung
- 1
- Wälzlager
- 2
- Lageraußenring
- 3
- Lagerinnenring
- 4
- Wälzkörper
- 6
- Gehäuse
- 8
- Lauffläche
- 10
- Außenfläche des Lagerrings
- 12, 14
- Randflächen des Lagerrings
- 12-1, 14-1
- erster Randflächenbereich
- 12-2, 14-2
- zweiter Randflächenbereich
- 16, 18
- flexible Kanten
- 20, 22
- Kantenbereich des Wälzkörpers
- 24
- Sicherungselement
- 26, 32
- Spalt
- 28, 30
- Flexibilitätsnut
- d
- Dicke der flexiblen Kante
- L1
- Länge der Laufbahn
- L2
- Länge der Außenfläche
