DE102016123017A1

DE102016123017A1 - Wälzlagerkomponente, Wälzlager und Verfahren zur Herstellung der Wälzlagerkomponente

Info

Publication number: DE102016123017A1
Application number: DE102016123017.0A
Authority: DE
Inventors: Hedi Bachmann; Jens Wemhöner
Original assignee: Cerobear GmbH
Current assignee: Cerobear GmbH
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2017-06-01

Abstract

Eine Wälzlagerkomponente, nämlich ein Käfig (23, 25, 29) für Wälzkörper (3, 13, 30) oder ein eine Laufbahn (6, 10, 19, 46) für Wälzkörper (3, 13, 30) aufweisendes Laufbahnelement (1, 2, 11, 12, 32) kennzeichnet sich durch mindestens eine Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) und in einer vorteilhaften Ausgestaltung dadurch, dass die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder mindestens eine der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) in mindestens eine Oberflächenöffnung (14, 16, 21, 22, 28, 34, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 45) der Wälzlagerkomponente mündet. Ein Wälzkörper mit mindestens einer Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) ist als Wälzlagerkomponente dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder mindestens eine der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) in mindestens eine Oberflächenöffnung (14, 16, 21, 22, 28, 34, 37, 39, 41, 42, 43) des Wälzkörpers (3, 13, 30) mündet. Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) können als Kanäle zur Schmierflüssigkeitsführung eingesetzt werden. Zur Herstellung einer Wälzlagerkomponente wird ein generatives Fertigungsverfahren (3D-Druck) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerkomponente nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 sowie ein Wälzlager und ein Verfahren zur Herstellung einer Wälzlagerkomponente.
Unter dem Begriff Wälzlager werden sämtliche Lagervarianten verstanden, bei denen Wälzkörper zum Einsatz kommen, insbesondere rotierende, ringförmige Wälzlager und Linearlager.
Eines der Ziele im Bereich der Weiterentwicklung der Wälzlagertechnik ist es, ein möglichst geringes Gewicht von Wälzlagerkomponenten oder des gesamten Wälzlagers zu erreichen und dabei ungewünschte Einschränkungen in den mechanischen Eigenschaften möglichst weitgehend zu vermeiden. Zudem ist es stets Ziel, die Lebensdauer von Wälzlager zu maximieren. Dies kann zum Beispiel durch eine verbesserte Schmierstoffzufuhr, bei der der Schmierstoff an die relevanten Stellen im Wälzlager gelangt, geschehen.
Aus der DE 10 2013 105 653 B4 ist ein Wälzkörper für ein Wälzlager oder ein Gelenk bekannt, dessen Kern aus Metall eine Wabenstruktur mit einer Mehrzahl von Hohlräumen aufweist. Um die geschlossene Oberfläche des Kerns ist zudem eine die Lauffläche des Wälzkörpers ausbildende Schale vorgesehen, welche z. B. verschleißärmer und reibungsärmer als die Oberfläche des Kerns ausgebildet ist.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, bei einer Wälzlagerkomponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3 sowie bei einem Wälzlager eine Gewichtsreduktion und eine Maximierung der Lagerlebensdauer zu ermöglichen.
Bei einer Wälzlagerkomponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird das technische Problem durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Im Hinblick auf eine Wälzlagerkomponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 wird das Problem durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. In Bezug auf ein Wälzlager lösen die Merkmale des Anspruchs 17 das technische Problem. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Wälzlagerkomponente wird das technische Problem durch die Merkmale des Anspruchs 20 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils durch die abhängigen Ansprüche.
Demnach wird für eine Wälzlagerkomponente in Form eines Käfigs für Wälzkörper oder in Form eines eine Laufbahn für Wälzkörper aufweisenden Laufbahnelements vorgeschlagen, dieses mit mindestens einer Hohlkammer zu versehen. Mittels einer oder mehrerer Hohlkammern kann eine erhebliche Gewichtsreduzierung für den Käfig bzw. für das Laufbahnelement erreicht werden.Laufbahnelemente sind im Falle von rotativen Wälzlagern insbesondere Innen- und Außenringe. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, in den Wälzlagerkomponenten, insbesondere in den Wälzlagerringen mittels spezieller Aussparungen Sensoren zu halten, die die Vibration oder die Temperatur des Wälzlagers detektieren können. Auch ein zusätzliches Aktorelement könnte verwendet werden, welches den Kühlfluss durch die Kühlkanäle steuert. So würde bei einer Temperaturzunahme im Lager die Kühlflüssigkeit schneller durch die Ringe geleitet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Käfig oder das Laufbahnelement so ausgestaltet werden, dass die Hohlkammer oder mindestens eine der Hohlkammern in mindestens eine Oberflächenöffnung der Wälzlagerkomponente mündet.
Hinsichtlich einer Wälzlagerkomponente in Form eines Wälzkörpers, der zumindest eine Hohlkammer aufweist, wird erstmals vorgeschlagen, dass die Hohlkammer oder mindestens eine der Hohlkammern in mindestens eine Oberflächenöffnung des Wälzkörpers mündet.
Eine Oberflächenöffnung im Sinne der Erfindung öffnet sich zu einer Außenfläche des Wälzlagerelements und ist mithin zur umgebenden Atmosphäre oder zu einem weiteren Element, z. B. einer weiteren Wälzlagerkomponente oder einem sonstigen Maschinenelement offen. Durch eine solche Oberflächenöffnung können unerwünschte Inhalte der Hohlkammern, z. B. Rückstände aus dem Herstellungsprozess, entfernt werden. Derartige Oberflächenöffnungen erlauben zudem einen Gasaustausch beim Herstellungsprozess, was z. B. bei Sintervorgängen oder beim Nachverdichten vorteilhaft sein kann. Zudem können Oberflächenöffnungen zur Zufuhr oder Abfuhr von Materialien zur Kühlung oder Schmierung, insbesondere Flüssigkeiten, hindurchtreten. Die Oberflächenöffnung der erfindungsgemäßen Wälzlagerkomponente weist vorzugsweise einen minimalen Öffnungsdurchmesser von 0.1 mm bis 3 mm, weiter vorzugsweise von 0.5 mm bis 2 mm auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft zur dosierten Verteilung von z.B. flüssigen Schmierstoffen.
Die Oberflächenöffnung kann in einer z.B. nutförmigen Vertiefung der Außenfläche angeordnet sein. Zu verteilende Flüssigkeiten können in die Vertiefung gegeben werden, von wo aus sie durch die Oberflächenöffnung hindurch in die z.B. kanalförmige Hohlkammer eintreten können.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Hohlkammer oder mindestens eine der Hohlkammern in mindestens zwei Oberflächenöffnungen mündet. Dies ermöglicht das Entfernen von unerwünschten Materialien, wie etwa nicht verfestigtes Sinterpulver, in der betroffenen Hohlkammer durch Ausblasen oder Ausspülen. Insbesondere wird durch das Vorsehen von mindestens zwei Oberflächenöffnungen die gezielte Führung von Flüssigkeiten, z. B. zur Kühlung oder zur Schmierung, durch die jeweilige Hohlkammer hindurch ermöglicht. Solche Hohlkammern können mit mehreren aneinander liegenden Hohlkammern Kanäle bilden, die von einem Kühlmittel durchflossen sein können, was zu einer Kühlung der Ringe oder des Käfigs im Betrieb führt. Das besondere an den Kühlkanälen, die mittels additiven Verfahren eingebracht worden sind, ist, dass die Kanäle in Umfangsrichtung durch die kompletten Ringe laufen und dabei auch aus mehreren Kanälen bestehen können. Im Gegensatz zu den Schmierkanälen weisen sie keine Öffnungen zu den Wälzflächen (Laufbahnen) auf, damit das Kühlmittel das Lager nicht kontaminiert. Eine weitere Ausführungsform ist eine Kombination von Kühl- und Schmierkanälen. Der Schmiermittelkanal ist dann zu den Wälzflächen (Laufbahnen) hin offen, die Kühlkanäle nicht. Die Kanäle müssen keinen konstanten Querschnitt aufweisen, sondern können beispielsweise in der Mitte eine Verdickung aufweisen, die Schmierstoff oder Kühlmittel enthält. Somit ist die Flüssigkeitsführung nicht auf die Oberfläche der betroffenen Wälzlagerkomponente beschränkt. Die Hohlkammer oder mindestens eine der Hohlkammern kann als unverzweigter oder verzweigter Flüssigkeitskanal ausgebildet sein. Ein solcher Flüssigkeitskanal kann sich zwischen zwei Oberflächenöffnungen erstrecken oder mit mindestens einer Verzweigung mehr als zwei Oberflächenöffnungen bedienen.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente kann auch so ausgebildet sein, dass das Volumen der Hohlkammer oder bei mindestens zwei Hohlkammern das Volumen der Gesamtheit der Hohlkammern 10% bis 90%, bevorzugt 25% bis 75% des Gesamtvolumens der Wälzlagerkomponente beträgt. Hierdurch wird eine entsprechend hohe Gewichtsreduzierung erreicht.
Bei entsprechender Gestaltung der Hohlkammern können trotz der Gewichtsreduktion die benötigten mechanischen Eigenschaften der Wälzlagerkomponente gewährleistet werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehrere Hohlkammern eine Wabenstruktur bilden. Eine solche Wabenstruktur kann eine hohe Stabilität bei geringem Gewicht gewährleisten. Unter einer Wabenstruktur werden neben der bekannten Struktur mit konstantem sechseckigem Querschnitt auch solche Strukturen verstanden, die zwar von der Sechseckform abweichen, jedoch raumausfüllend sind, wie beispielsweise runde oder ovale Hohlräume. Dabei können die einzelnen Hohlkammern unterschiedliche Geometrien aufweisen, angepasst an die verschiedenen Belastungszonen des Wälzlagerelements. Solche belastete Bereiche sind in Wälzlagerringen im Bereich der Laufbahn. Auch bei den Käfigen gibt es solch belasteten Bereiche, die befinden sich bei den Stegen. In den belasteten Bereichen sollte der Materialanteil dichter sein als in den weniger belasteten Zonen. Die belastete Zonen befinden sich bei Ringen an der Oberfläche der Laufbahn und erstrecken sich bis ca. 5mm in den Ring hinein mit dem Profil der Laufbahn, d.h. Laufbahn um 5 mm nach innen versetzt umgrenzt den belasteten Bereich. In diesen belasteten Zonen sollte der hohle Anteil zwischen 0% und 10% liegen. In den weniger belasteten Zonen kann er bis 100 Prozent, d.h. vollhohl sein. Die Außenwand kann gleichmäßig dick ausgestaltet sein, in den belasteten Zonen sollte dann eine „engmaschige“ Wabenstruktur oder sonstige Struktur gewählt werden, während in den weniger belasteten Zonen die Wabenstruktur etwas großmaschiger, d.h. mehrere großräumige Hohlräumen aufweist.
Außerdem können die Gitterstrukturen auch kraftflussorientiert sein, d.h. die Belastung der Wälzlager berücksichtigen und die Kraft so transportieren. Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente kann auch so ausgebildet sein, dass innerhalb mindestens einer der Hohlkammern Strukturen, insbesondere stützende Streben, angeordnet sind. Derartige Streben können säulenartig parallel zueinander oder auch gekreuzt verlaufen, wobei an den Kreuzungsstellen Streben miteinander verbunden sein können. Diese Strukturen können auch als kraftflussorientierte Gitterstrukturen ausgestaltet sein.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente kann gleichzeitig zwei oder mehr unterschiedliche Hohlkammervarianten aufweisen, z.B. eine Wabenstruktur aus Hohlkammern und zusätzlich Kanalstrukturen zur Flüssigkeitsführung. Auch weitere Hohlkammervarianten sind innerhalb einer Wälzlagerkomponente kombinierbar.
Vorzugsweise sind Hohlkammern über Öffnungen oder Durchführungen miteinander verbunden, so dass bei Vorhandensein von Oberflächenöffnungen nicht verfestigtes Material, wie z.B. Flüssigkeiten oder Pulver, auch über zwei oder mehr Hohlkammern hinweg aus der Wälzlagerkomponente austreten können.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente kann auch so ausgebildet sein, dass die Dichte der innenliegenden Strukturen an verschiedene Belastungszonen der Wälzlagerkomponenten angepasst ist. Somit kann die innenliegende Struktur, z.B. in Form von Waben oder ähnlichen Strukturen, im Bereich höherer mechanischer Belastung mit einer höheren Materialdichte ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich zu einer höheren Materialdichte kann auch eine Struktur mit besonders belastbarer Statik vorgesehen werden, z.B. eine Fachwerkstruktur.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente kann auch so ausgebildet sein, dass die Hohlkammer oder mindestens eine der Hohlkammern zumindest zum Teil mit einem Fluid, vorzugsweise einem Schmiermittel, gefüllt ist. Die Hohlkammern erlauben auf diese Weise eine Kühlung der Wälzlagerkomponenten oder die Zufuhr von Schmiermitteln an die relevanten Stellen im Wälzlager.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente kann eine Außenwand, bevorzugt mit einer Wandstärke von 0,5 mm bis 5 mm aufweisen. Die Außenwand umgibt die Hohlkammer oder die eine Mehrzahl von Hohlkammern bildende innere Struktur der Wälzlagerkomponente. Vorzugsweise variiert die Wandstärke der Außenwand in Abhängigkeit von der mechanischen Belastung, z.B. mit einer größeren Wandstärke im Bereich einer Laufbahn für Wälzkörper. Somit ist gewährleistet, dass durch die unterschiedliche Dicke der Außenwand, an den Stellen, an denen mechanische Belastungen auftreten, die Lebensdauer des Lagers nicht negativ beeinflusst wird.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente kann einstückig ausgebildet sein, wodurch die Stabilität weiter unterstützt wird.
Durch Anwendung von generativen Fertigungsverfahren ist es möglich, zusätzlich weitere Funktionsflächen oder Funktionselemente in die Wälzlagerkomponente zu integrieren. Dies können Halterungen von Montagewerkzeugen oder Umbauteilen wie zum Beispiel Nuten sein. Ebenso wären Wälzkörperhalterungen denkbar.
Die erfindungsgemäßen Wälzlagerkomponenten in Form von Ringen und Wälzkörpern werden vorzugsweise aus gehärteten Stählen und Keramiken ausgebildet. Unter gehärtete Stähle fallen alle härtbaren Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2% bis 4 % aber auch stickstoffhaltige Stähle sowie Stähle, die Legierungselemente wie zum Beispiel Cr, Mo, V, Co enthalten. Unter Keramiken fallen alle oxidischen und nicht oxidischen Keramiken wie zum Beispiel ZrO₂ oder Si₃N₄.
Die erfindungsgemäße Wälzlagerkomponente in Form des Käfigs wird vorzugsweise aus nicht härtbaren Stählen, Nichteisenmetallen und Kunststoffen ausgebildet. Unter nicht härtbare Stähle fallen Stähle wie zum Beispiel SAE4340 oder 17-4PH. Unter Nichteisenmetalle fallen alle Nichteisenlegierungen, die aus der Basis Ti, Al, Cu, Ms bestehen. Dazu gehören auch Legierungen wie beispielsweise TiAl6V4, Bronze, Scalmalloy^(®) und A7075. Unter Kunststoffen fallen Kunstoffe wie zum Beispiel PEEK, PA, PI und PAI.
Das erfindungsgemäße Wälzlager weist mindestens eine Wälzlagerkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auf. Umfasst das Wälzlager mindestens zwei Wälzlagerkomponenten mit mindestens einer in mindestens zwei Oberflächenöffnungen mündenden Hohlkammer, so kann zwischen diesen Wälzlagerkomponenten ein Fluid, z. B. ein Schmiermittel, ausgetauscht werden. Auf diese Weise ist die Fluidführung nicht auf die Oberfläche der betroffenen Wälzlagerkomponente beschränkt sondern kann gezielt an die richtigen Stellen geleitet werden
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager kann es sich um ein rotierendes Ringlager handeln. Im Falle eines Ringlagers können die erfindungsgemäß ausgestalteten Wälzlagerkomponenten eine, mehrere oder alle der folgenden Elemente sein: Innenring, Außenring, Käfig und Wälzkörper. Entsprechend können auch im Falle des Linearlagers eine, mehrere oder alle der beteiligten Wälzlagerkomponenten erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Wälzkörperkomponenten ist auch nicht auf bestimmte Formen beschränkt, so kann z.B. der Käfig eine geschlossene Form aufweisen oder auch als Kronen-, Kamm- oder Schnappkäfig ausgebildet sein. Außerdem können sich die Wälzlagerkomponenten desselben Wälzlagers in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung unterscheiden, z.B. indem eine der Wälzlagerkomponenten, z.B. der Käfig, in seinem Inneren eine aus Hohlkammern gebildete Wabenstruktur aufweist, und eine andere Wälzlagerkomponente, z.B. Außenring und/oder Innenring, eine Kanalstruktur, z.B. für die Führung von Schmierflüssigkeit, aufweist. Hier sind sämtliche Kombinationen der in den Ansprüchen und der Beschreibung dargestellten Ausbildungen denkbar.
Zudem können die Wälzkörperkomponenten Funktionsflächen und Funktionselemente aufweisen, z. B. eine Schnappkante am Käfig zur Wälzkörperhalterung, eine Eingriffsmöglichkeit für Montagewerkzeuge, z. B. eine Abziehnut am Innenring eines Ringlagers, und Aufbauelemente, z. B. einen Drehgeber zur Bestimmung der Drehzahl, die mit konventionellen abtragenden oder urformenden Fertigungsverfahren nicht herzustellen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Wälzlagerkomponente kennzeichnet sich dadurch, dass ein generatives Fertigungsverfahren eingesetzt wird. Hiermit werden die gewünschten Strukturen erst ermöglicht, da mittels konventioneller abtragender oder urformender Fertigungsverfahren prozessbedingt keine Hohlräume oder komplexe Hinterschnitte erzeugt werden können. Ein generatives Fertigungsverfahren, das auch als additives Fertigungsverfahren oder 3D-Druckverfahren bezeichnet wird, erzeugt datengesteuert unter Energieeintrag, z.B. durch einen Laserstrahl oder einen sonstigen Energiestrahl, z.B. Elektronenstrahl, ein Produkt aus formlosem Material, wie z. B. Flüssigkeiten oder Pulver. Formgrenzen vorgebende Elemente, wie z. B. Gussformen, sind somit nicht erforderlich. Zudem können innere Strukturen, insbesondere Hohlkammern hergestellt werden, die bisher nicht mit spanabtragenden oder urformenden Verfahren hergestellt werden können.
Für die Herstellung einer Wälzlagerkomponente wird erfindungsgemäß bevorzugt ein pulverbettbasiertes Verfahren eingesetzt, z. B. selektives Lasersintern oder selektives Laserschmelzen.
Die z. B. im Pulverbett hergestellte Wälzlagerkomponente wird erforderlichenfalls von einer Unterlage abgetrennt und von überschüssigem unverbundenem Material befreit.
Es kann vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, dass die Wälzlagerkomponente thermisch oder thermomechanisch nachbehandelt, z.B. isostatisch oder heißisostatisch nachverdichtet wird. Hierdurch können Dichte, Festigkeit und andere Eigenschaften der Wälzlagerkomponente erhöht werden.
Zur Steigerung der Härte, insbesondere bei Stählen, sowie zum Spannungsabbau bei allen Werkstoffen kann auch eine zusätzliche Wärmebehandlung vorgesehen werden.
Zur Erreichung der gewünschten Maßgenauigkeit oder bestimmter Oberflächeneigenschaften kann es überdies vorteilhaft sein, die Wälzlagerkomponente mittels spanender oder abtragender Fertigungsverfahren nachzubearbeiten. Es ist angestrebt und durch das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren mit optimierter Nachbearbeitung erreichbar, Maß-, Form- und Rundheitsfehler unterhalb 1/100 mm, vorzugsweise unterhalb 5/1000 mm zu halten und insbesondere an den Gleit und Wälzflächen eine Rauheit von Ra < 0,1 µm, bevorzugt Ra < 0,05 µm einzustellen.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Wälzlagerkomponenten und Wälzlagern anhand von Figuren dargestellt.
Es zeigt schematisch
1: ausschnittsweise ein Schrägkugellager mit Hohlkammern aufweisenden Lagerringen und Wälzkörpern,
2: ausschnittsweise ein Schrägkugellager, deren Ringe Kanäle zur Leitung von Schmierflüssigkeit aufweisen,
3: einen Käfig mit Wabenstruktur,
4: einen Käfig mit Kanälen zur Schmierflüssigkeitsführung und
5 ausschnittsweise ein Zylinderrollenlager mit Schmierflüssigkeitsführung im Käfig.
6 ausschnittsweise ein Schrägkugellager mit belastungsangepassten Lagerringen
7 ausschnittsweise ein Schrägkugellager mit an die Lagerkräfte belastungsangepassten Lagerringen
8 einen Käfig mit belastungsangepasster Wabenstruktur
9 ausschnittsweise eine Seitenansicht eines Schrägkugellagers mit Kühlkanälen in den Lagerringen
10 ausschnittsweise eine Vorderansicht eines Schrägkugellagers mit Kühlkanälen in den Lagerringen
1 zeigt ausschnittsweise ein Schrägkugellager mit einem Außenring 1 und einem Innenring 2 und einem kugelförmigen Wälzkörper 3. Der Wälzkörper weist innerhalb einer Außenwand 40 eine Hohlkammer 38 sowie mindestens eine Oberflächenöffnung 39, vorzugsweise mindestens zwei Oberflächenöffnungen 39, 41, auf. Der Außenring weist innerhalb einer Außenwand 4 eine Hohlkammer 5 auf, welche z. B. mit Luft gefüllt ist. Im Bereich der Laufbahn 6 des Außenrings 1 ist die Außenwand 4 mit einer größeren Wandstärke ausgeführt. Zudem ist die Außenwand 4 des Außenrings 1 mit zwei Oberflächenöffnungen 44 und 45 versehen.
Der Innenring 2 weist in einem von einer Außenwand 7 umgebenen Kernbereich eine Vielzahl von Hohlkammern 8 auf, die durch innere Trennwände 9 und am Rand auch durch die Außenwand 7 begrenzt sind. Zusätzlich weist der Innenring in der Außenwand 7 zwei Oberflächenöffnungen 42 und 43 auf. Durch die Hohlkammern 8 ist eine wabenartige Struktur des Kernbereichs gegeben, die dem Innenring 2 eine erhöhte Stabilität verleiht. Im Bereich einer Laufbahn 10 ist die Außenwand 7 des Innenrings 2 ebenfalls verstärkt. Die Verstärkung der Laufbahnen 6 und 10 ist optional.
2 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Schrägkugellager mit einem Außenring 11 und einem Innenring 12 und einem dazwischen liegenden Wälzkörper 13. Der Außenring 11 weist als Hohlkammer einen Schmierflüssigkeitskanal 15 auf, welcher in eine äußere Oberflächenöffnung 14 und eine innere Oberflächenöffnung 16 mündet. Von einem am Außenring 11 angrenzenden Maschinenelement 17 wird der Schmierflüssigkeitskanal 15 mittels einer Schmierflüssigkeitszufuhr 18 mit Schmierflüssigkeit versorgt. Die Schmierflüssigkeit gelangt über den Schmierflüssigkeitskanal 15 direkt zur Laufbahn 19 des Außenrings 11. Der Innenring 12 weist neben der Laufbahn 46 ebenfalls einen Schmierflüssigkeitskanal 20 auf, welcher in einer inneren Oberflächenöffnung 21 und einer seitlichen Oberflächenöffnung 22 mündet. Über die seitliche Oberflächenöffnung 22 kann auch der Innenring 12 mit einer Schmierflüssigkeit versehen werden.
3 zeigt in einer aufgeschnittenen perspektivischen Darstellung einen Käfig 23 eines Wälzlagers mit einer durch eine Vielzahl von Hohlkammern 8 gebildeten inneren Wabenstruktur 24.
4 zeigt in einer perspektivischen aufgeschnittenen Darstellung einen weiteren Käfig 25 mit Kanälen 26 für die Schmierflüssigkeitszufuhr. Die Kanäle verzweigen und laufen auch durch Stege 27 des Käfigs 25 und münden in seitliche Oberflächenöffnungen 28. Zusätzlich zu den seitlichen Oberflächenöffnungen 28 können innere oder äußere Oberflächenöffnungen 47 zur Aufnahme oder Abgabe von Schmierflüssigkeit vorgesehen sein.
5 zeigt einen weiteren Käfig 29 mit einem Wälzkörper 30. Der Käfig 29 gleitet entlang eines Außenbords 31 eines Außenrings 32. Auf seiner Innenseite weist der Käfig 29 eine umlaufende Nut 33 auf, in die eine Vielzahl von Oberflächenöffnungen 34 eines Schmierflüssigkeitskanals 35 mündet. Über eine Schmierflüssigkeitszufuhr 36 wird, z.B. spritzend, der Nut 33 Schmierflüssigkeit zugeführt, die dann bei Drehbewegung des Käfigs 29 mit Hilfe der Zentrifugalkraft über die Schmierflüssigkeitskanäle 35 und äußere Oberflächenöffnungen 37 auf den Gleitbereich zwischen Käfig 29 und Außenbord 31 gelangt.
6 zeigt ausschnittsweise ein Schrägkugellager mit einem Außenring 1 und einem Innenring 2 und einem kugelförmigen Wälzkörper 3. Zudem ist die Außenwand 4 des Außenrings 1 mit zwei Oberflächenöffnungen 44 und 45 versehen. Der Innenring 2, als auch der Außenring 1 weisen Außenwände 4, 7 auf, die wiederum eine Vielzahl von Wabenstrukturen aufweisen, die durch innere Trennwände 9 und am Rand auch durch die Außenwand 7 begrenzt sind. Zusätzlich weist der Innenring 2 in der Außenwand 7 zwei Oberflächenöffnungen 42 und 43 auf. Durch die wabenartige Struktur des Kernbereichs, hat der Außenring 1 und der Innenring 2 eine erhöhte Stabilität. Im Bereich einer Laufbahn 10 ist eine Verstärkung vorgesehen. Diese Verstärkung im Bereich Laufbahn 10 ist notwendig, da sich dort ein hochbelastete Zone 51 befindet. Diese hochbelastete Zone 51 befinden sich bei Ringen 1, 2 an der Oberfläche der Laufbahnen 6, 10 und erstrecken sich bis ca. 5mm in die Ringe 1, 2 hinein mit dem Profil der Laufbahn, d.h. die Laufbahn um 5 mm nach innen versetzt umgrenzt den belasteten Bereich. In dieser hochbelasteten Zone 51 ist eine engmaschige Wabenstruktur 48 vorgesehen. In der wenig belasteten Zone 50 ist eine grobmaschige Wabenstruktur 49 vorgesehen. Dadurch kann zusätzlich an Gewicht eingespart werden.
Eine weitere zeichnerisch nicht dargestellte Ausgestaltung sieht vor, das die hochbelastete Zone 51 mittels einer verstärkten Außenwand 52, wie es in 1 dargestellt wird, versehen wird. In der wenig belasteten Zone kann dann wieder eine grobmaschige Wabenstruktur vorgesehen werden. Es wäre auch denkbar, dass statt einer grobmaschigen Wabenstruktur der Ring an dieser Stelle voll hohl gestaltet ist. Eine weitere mögliche Ausgestaltung sieht vor, das die hochbelastete Zone mittels einer engmaschigen Wabenstruktur versehen wird, während der wenig belastete Teil des Rings voll hohl bleibt.
7 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Schrägkugellager wie in den 1, 2 und 6. Hier sind die F_R Radialkräfte und F_A Axialkräfte eingetragen. In diesem Schrägkugellager sind die hochbelasteten Zonen in den Ringen 1, 2 in den Bereichen einer imaginären Verlängerung des Druckwinkels 62 der Wälzkörper 3, also im Kraftfluss der Wälzkörper 3. Diese hochbelasteten Zonen 53 werden wieder mit engmaschigen Wabenstrukturen versehen, die sich im Außenring 1 und im Innenring 2 vom Bereich der Laufbahn in das jeweilige Eck der imaginären Verlängerung des Druckwinkel 62 erstrecken. Der Rest des Außenrings 1 und des Innenrings 2 kann wieder voll hohl oder mit großmaschigen Wabenstrukturen ausgestaltet sein.
8 zeigt einen weiteren Käfig bei dem die hochbelasteten Bereiche 57 mit einer engmaschigen Wabenstruktur 58 versehen sind und die weniger belasteten Bereiche 60 mit einer großmaschigen Wabenstruktur 61 ausgestaltet sind.
9 zeigt ausschnittsweise ein weiteres Schrägkugellager mit einem Außenring 1 und einem Innenring 2. In den Ringen befinden sich mittels des additiven Fertigungsverfahrens eingebrachte Kühlkanäle 63. Diese sind im Gegensatz zu den Schmierkanälen mit keiner Öffnung zu den Wälzkörpern 3 bzw. Wälzflächen 65 versehen. Die Kühlkanäle 63 sind nicht konstant im Querschnitt sondern weisen eine Verdickung 64 auf.
10 zeigt ausschnittsweise eine Vorderansicht des Schrägkugellagers mit Kühlkanälen 63 in den Lagerringen 1, 2. Dabei sind wieder die hoch belasteten Zonen 51 im Bereich der Wälzkörperlaufbahnen 6, 10 mit einer engmaschigen Wabenstruktur 48 versehen.
Bezugszeichenliste

1: Außenring
2: Innenring
3: Wälzkörper
4: Außenwand des Außenrings
5: Hohlkammer
6: Laufbahn des Außenrings
7: Außenwand des Innenrings
8: Hohlkammer
9: innere Trennwand
10: Laufbahn
11: Außenring
12: Innenring
13: Wälzkörper
14: äußere Oberflächenöffnung
15: Schmierflüssigkeitskanal
16: innere Oberflächenöffnung
17: Maschinenelement
18: Schmierflüssigkeitszufuhr
19: Laufbahn
20: Schmierflüssigkeitskanal
21: Oberflächenöffnung
22: Oberflächenöffnung
23: Käfig
24: Wabenstruktur
25: Käfig
26: Schmierflüssigkeitskanal
27: Steg
28: Oberflächenöffnung
29: Käfig
30: Wälzkörper
31: Außenbord
32: Außenring
33: umlaufende Nut
34: Oberflächenöffnung
35: Schmierflüssigkeitskanal
36: Schmierflüssigkeitszufuhr
37: äußere Oberflächenöffnung
38: Hohlkammer
39: Oberflächenöffnung
40: Außenwand des Wälzkörpers
41: Oberflächenöffnung
42: Oberflächenöffnung
43: Oberflächenöffnung
44: Oberflächenöffnung
45: Oberflächenöffnung
46: Laufbahn des Innenrings
47: Oberflächenöffnung
48: Engmaschige Wabenstruktur
49: Großmaschige Wabenstruktur
50: wenig belastete Zone
51: hoch belastete Zone
52: Außenwand verstärkt
53: hoch belastete Zone
54: Engmaschige Wabenstruktur
55: wenig belastete Zone
56: Großmaschige Wabenstruktur
57: hoch belastete Zone
58: Engmaschige Wabenstruktur
59: Außenwand
60: wenig belastete Zone
61: Großmaschige Wabenstruktur
62: Druckwinkel
F_R: Radialkraft
F_A: Axialkraft
63: Kühlkanäle
64: Verdickung
65: Wälzflächen/Laufbahnen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013105653 B4 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE4340 [0025]

Claims

Wälzlagerkomponente, nämlich ein Käfig (23, 25, 29) für Wälzkörper (3, 13, 30) oder ein eine Laufbahn (6, 10, 19, 46) für Wälzkörper (3, 13, 30) aufweisendes Laufbahnelement (1, 2, 11, 12, 32), gekennzeichnet durch mindestens eine Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38).
Wälzlagerkomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder mindestens eine der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) in mindestens eine Oberflächenöffnung (14, 16, 21, 22, 28, 34, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 45) der Wälzlagerkomponente mündet.
Wälzlagerkomponente, nämlich ein Wälzkörper (3, 13, 30) mit mindestens einer Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38), dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder mindestens eine der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) in mindestens eine Oberflächenöffnung (14, 16, 21, 22, 28, 34, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 45) des Wälzkörpers (3, 13, 30) mündet.
Wälzlagerkomponente nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder mindestens eine der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) in mindestens zwei Oberflächenöffnungen (14, 16, 21, 22, 28, 34, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 45) mündet.
Wälzlagerkomponente nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder mindestens eine der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) als Flüssigkeitskanal ausgebildet ist.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder bei mindestens zwei Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) das Volumen der Gesamtheit der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) 10% bis 90%, bevorzugt 25% bis 75% des Gesamtvolumens der Wälzlagerkomponente beträgt.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) eine Wabenstruktur oder andere raumausfüllende Strukturen bilden.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) über Öffnungen oder Durchführungen miteinander verbunden sind.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der innenliegenden Strukturen an verschiedene Belastungszonen der Wälzlagerkomponenten angepasst ist.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder innerhalb mindestens einer der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) stützende Streben angeordnet sind.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder mindestens eine der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) zumindest zum Teil mit einem Fluid, vorzugsweise einem Schmiermittel, gefüllt ist und/oder von diesem durchflossen ist.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zum Kontakt mit weiteren Wälzlagerkomponenten vorgesehene und die Hohlkammer (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) oder die Gesamtheit der Hohlkammern (5, 8, 15, 20, 26, 35, 38) umfangende Außenwand (4, 7, 40), wobei die Außenwand (4, 7, 40) eine Wandstärke von vorzugsweise 0.5 mm bis 5 mm aufweist.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Außenwand der Wälzlagerkomponente variiert.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerkomponente Funktionsflächen oder Funktionselemente aufweist, vorzugsweise zur Wälzkörperhalterung oder zur Halterung von Montagewerkzeugen oder Umbauteilen.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerkomponente einstückig ist.
Wälzlagerkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Wälzlagerkomponente Keramik, Kunststoff, Metall oder eine Metalllegierung umfasst.
Wälzlager, gekennzeichnet durch mindestens eine Wälzlagerkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Wälzlager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Ringlager ist.
Wälzlager nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Linearlager ist.
Verfahren zur Herstellung einer Wälzlagerkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein generatives Fertigungsverfahren eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein pulverbasiertes Verfahren, vorzugsweise unter Einsatz eines Laserstrahls eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein im generativen Verfahren erzeugtes Zwischenprodukt einer thermischen oder thermomechanischen Nachbehandlung, vorzugsweise einem isostatischen oder heißisostatischen Nachverdichten, unterzogen wird.