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Die Erfindung betrifft ein Pendelwälzlager, aufweisend einen Innenring mit einer der Anzahl der Wälzkörperreihen entsprechenden Anzahl von Laufbahnen, einen Außenring mit einer hohlkugelförmigen Laufbahn, und mit zwischen den beiden Lagerringen angeordneten, den Laufbahnen zugeordneten Wälzkörperreihen, wobei der wirksame Durchmesser einer Teils der Gesamtanzahl der Wälzkörper größer ist als der Durchmesser des Rests der Wälzkörper.
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Pendelwälzlager werden dort eingesetzt, wo beispielsweise die koaxiale Ausrichtung einer Welle zu einer Lageraufnahmebohrung in einem Gehäuse problematisch ist oder eine Welle sich im Betrieb durchbiegen kann. Sie sind in der Lage, sich an derartige Winkelfehler anzupassen und so durch Winkelfehler verursachte Belastungen auszuschließen. Pendelwälzlager werden in unterschiedlichen Bauweisen angeboten, beispielsweise als Pendelkugellager, Pendelrollenlager und auch als mit Kugeln und Rollen bestückte Pendellager.
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Ein grundsätzliches Problem bei Pendelwälzlagern aller Bauarten ist eine gegenüber speziellen Radial- beziehungsweise Axiallagern geringere Belastbarkeit in radialer und insbesondere axialer Richtung. Es gibt deshalb seit längerer Zeit schon Bestrebungen, Pendelwälzlager, die wegen ihrer oben beschriebenen Eigenschaften konstruktiv unverzichtbar sind, so zu verbessern, dass sie im Vergleich zu bekannten Ausführungen höhere Lasten übertragen können. Eine weitere Forderung an derartige Pendelwälzlager ist, dass sie sowohl niedrigere Belastungen als auch höhere Belastungen gleichermaßen übertragen können sollen, also einen Schlupf bei niedrigen Belastungen ausschließen sollen, welcher beim Einsetzen höherer Belastungen unerwünscht hohe Drehbeschleunigungen der Wälzkörperreihen und des drehenden Lagerringes zur Folge hätte.
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Zu dem genannten Problem der Schlupf- beziehungsweise Spielvermeidung wird beispielhaft auf die
DE 10 2012 207 073 A1 verwiesen, die ein Rollenlager zeigt, bei welchem in einer Rollenreihe wenigstens eine elastische Rolle angeordnet ist, die einen gegenüber dem Rest der Rollen größeren wirksamen Durchmesser hat. Die elastische Rolle ist beispielsweise aus einem Elastomer hergestellt oder als hohle Tunnelrolle ausgebildet. Sie dient ausschließlich dazu, ein Lagerspiel zu vermeiden, kann jedoch wegen ihrer elastischen Eigenschaften auch im Niedriglastbereich keine Lagerbelastungen aufnehmen.
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Die
DE 102 25 572 B4 zeigt und beschreibt ein Pendelwälzlager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Hierin soll gemäß der dort gestellten technischen Aufgabe einerseits bei geringen Belastungen ein Gleiten der Wälzkörper in der Lagerlaufbahn vermieden werden, dabei jedoch andererseits eine ausreichend hohe Tragzahl gegeben sein, um bei Belastungsspitzen nicht beschädigt zu werden. Zu diesem Zweck sind bei diesem bekannten Pendelwälzlager in zwei Wälzkörperreihen abwechselnd Tonnenrollen und Kugeln angeordnet, wobei alle Kugeln jeweils einen größeren wirksamen Durchmesser haben als die Tonnenrollen. Die Kugeln laufen auch in den für die Tonnenrollen ausgelegten Laufbahnen. Daher besteht keinerlei an die Kugeln angepasste Schmiegung der Laufbahnen, so dass die Kugeln und damit die Hälfte aller Wälzkörper an der Aufnahme von Axialkräften nicht beteiligt sind. Folgerichtig wird dieses bekannte Pendelwälzlager dort als ”Radial-Pendelwälzlager” bezeichnet. Außerdem wird als Differenz des wirksamen Durchmessers zwischen Kugeln und Tonnenrollen bis zu 0,4% angegeben, was zur Folge hat, dass die Tonnenrollen erst bei einer verhältnismäßig großen Radialbelastung zum Tragen kommen, was andererseits eine starke Verformung der Kugeln und der zugeordneten Laufbahnbereiche möglicherweise bis in den Bereich plastischer Verformungen voraussetzt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Pendelwälzlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welches einerseits niedrige Lasten ohne Spiel und Schlupf sowie andererseits im Vergleich zu herkömmlichen Pendelwälzlager der gattungsgemäßen Art auch hohe Lasten, insbesondere in axialer Richtung übertragen kann.
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Die Losung dieser Aufgabe wird mit einem Pendelrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Fall geringer Lasten eine ausreichende Anzahl von Wälzkörpern, vor allem aber im Fall hoher Lasten alle im Lager verbauten Wälzkörper an der Lastaufnahme beteiligt sein sollten, um die oben genannte Aufgabe zu lösen.
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Die Erfindung geht demnach aus von einem Pendelwälzlager, aufweisend einen Innenring mit einer der Anzahl der Wälzkörperreihen entsprechenden Anzahl von Laufbahnen, einen Außenring mit einer hohlkugelförmigen Laufbahn, und mit zwischen den beiden Lagerringen angeordneten, den Laufbahnen zugeordneten Wälzkörperreihen, wobei der wirksame Durchmesser einer Teils der Gesamtanzahl der Wälzkörper größer ist als der Durchmesser des Rests der Wälzkörper.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass das Pendelwälzlager als einreihiges Schrägtonnenlager oder als zweireihiges Schrägtonnenlager ausgebildet ist, und dass wenigstens 25% aller Wälzkörper einer Wälzkörperreihe einen um 0,3‰ bis 1‰ größeren wirksamen Durchmesser als der Rest der Wälzkörper haben.
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Das Pendelwälzlager ist demnach in den beiden genannten Ausführungsformen mit schräg zur Lagerebene ausgerichteten Tonnenrollen bestückt, welche einerseits in bekannter Weise einen Ausgleich der genannten Winkelfehler ermöglichen, die andererseits wegen ihrer Schrägstellung auch verhältnismäßig hohe Axialkräfte in einer Richtung beziehungsweise in beiden axiale Richtungen aufnehmen können, wie noch ausgeführt wird. Wenigstens 25% aller Wälzkörper haben einen geringfügig größeren Durchmesser als der Rest der Wälzkörper, und zwar derart, dass auch bei niedrigen auf das Lager wirkenden Lasten diese Wälzkörper an beiden Lagerringen anliegen. Bei niedrigen Lasten sind dadurch im Ergebnis Schlupf und Spiel ausgeschlossen, und bei zunehmenden Lasten über einen bestimmten Lastwert trägt eine ausreichende Anzahl von Wälzkörpern bei begrenzter Flächenpressung. Bei hohen Lasten sind alle im Lager verbauten Wälzkörper an der Übertragung der wirkenden Lasten beteiligt.
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Es hat sich gezeigt, dass bei einer Differenz des wirksamen Durchmessers von 0,3‰ bis 1‰ die Lastübernahme durch die Wälzkörper geringeren Durchmessers in einem Lastbereich erfolgt, bei welchem die Wälzkörper größeren Durchmessers nicht überbelastet sind, also keine unerwünscht große Flächenpressung oder gar eine bleibende plastische Verformung auftritt. Außerdem ist mit der verhältnismäßig geringen Durchmesserdifferenz sichergestellt, dass sich die Wälzkörper größeren Durchmessers beim Übergang zu größeren Lasten und dabei auftretender elastischer Verformung schnell an die für den Rest der Wälzkörper ausgelegte Form der Laufbahnen anschmiegen.
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Damit alle Wälzkörper im Niedriglastbetrieb des Pendelwälzlagers gleichmäßig von dem drehenden Lagerring mitgenommen werden, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Wälzkörper einer jeden Wälzkörperreihe durch einen zugeordneten Käfig geführt sind. Bei Pendelwälzlagern mit zwei Wälzkörperreihen werden die Wälzkörper beider Wälzkörperreihen vorzugsweise durch einen gemeinsamen Käfig geführt. Es ist aber auch eine Ausführungsform mit zwei einzelnen Käfigen möglich.
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Gemäß einer anderen konstruktiven Auslegung des Pendelwälzlagers haben zumindest sechs gleichmäßig über den Umfang einer Wälzkörperreihe verteilt angeordnete Wälzkörper einen gegenüber dem Rest der Wälzkörper größeren wirksamen Durchmesser. Es hat sich gezeigt, dass mit sechs über den Umfang verteilten Wälzkörpern größeren Durchmessers Schlupf und Spiel wirksam verhindert werden können.
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Um den Zusammenbau der Pendelwälzlager zu erleichtern, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Wälzkörper mit dem größeren wirksamen Durchmesser in irgendeiner Weise gekennzeichnet sind. Gemäß einer Ausgestaltung sind die Wälzkörper mit größerem Durchmesser farblich gekennzeichnet, beispielsweise brüniert. Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind die Wälzkörper mit größerem Durchmesser durch eine gegenüber dem Rest der Wälzkörper unterschiedlich gestaltete Form ihrer Stirnflächen gekennzeichnet, indem beispielsweise Dreh- oder Pressmulden in die Stirnflächen der Rollen eingebracht werden.
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Es ist auch möglich, die Kennzeichnung der durchmessergrößeren Wälzkörper durch eine stirnseitige, flache Körnung zu erreichen, wobei die Körung vorzugsweise koaxial zur Rotationsachse des jeweiligen Wälzkörpers angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
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1 einen Teilquerschnitt durch ein einreihiges Schrägtonnenlager, und
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2 einen Teilquerschnitt durch ein zweireihiges Schrägtonnenlager (Pendelrollenlager).
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Das in 1 dargestellte Pendelwälzlager 2 ist als einreihiges Schrägtonnenlager ausgeführt. Es umfasst einen Innenring 4, einen Außenring 6 und eine Wälzkörperreihe 5 mit zwischen den beiden Lagerringen 4, 6 angeordneter Wälzkörper 8, welche die Geometrie von Tonnenrollen haben. Am Außenumfang des Innenringes 4 ist eine an die Form der Wälzkörper 8 angepasste Laufbahn 10 ausgebildet, während am Innenumfang des Außenringes 6 in an sich bekannter Weise eine hohlkugelförmige Laufbahn 12 ausgebildet ist. Die Wälzkörper 8 werden durch einen Käfig 14 geführt und auf Abstand zueinander gehalten. Das Pendelwälzlager 2 kann Winkelfehler bei der Ausrichtung einer durch dieses gelagerten Welle in einer Gehäusebohrung ausgleichen, indem der Außenring 6 um den auf der Lagerachse liegenden Mittelpunkt der hohlkugelförmigen Laufbahnfläche 12 in Richtung des ersten Doppelpfeils 16 verschwenkt wird. Es ist radial und wegen der Schrägstellung der Wälzkörper 8 auch axial in der durch den Pfeil 18 gekennzeichneten Richtung hoch belastbar.
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Der in 1 erkennbare Wälzkörper 8 gehört zu den vergleichsweise wenigen Wälzkörpern dieser einzigen Wälzkörperreihe 5, welche einen im Vergleich zu den übrigen Wälzkörpern dieses Pendelwälzlagers 2 einen gering größeren Durchmesser aufweist. Hierbei haben wenigstens 25% aller Wälzkörper 8 dieser Wälzkörperreihe 5 einen um 0,3‰ bis 1‰ größeren wirksamen Durchmesser als der Rest der Wälzkörper.
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Um die durchmessergrößeren Wälzkörper 8 bei der Montage des Pendelwälzlagers 2 von den durchmesserkleineren Wälzkörpern trotz der sehr geringen Durchmesserunterschiede leicht unterscheiden zu können, weisen diese durchmessergrößeren Wälzkörper in wenigstens einer ihrer Stirnseiten 44, 46 eine Dreh- oder Pressmulde 52 auf.
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2 zeigt ein Pendelwälzlager 20, welches als zweireihiges Schrägtonnenlager (Pendelrollenlager) ausgebildet ist. Es umfasst einen Innenring 22, einen Außenring 24 und zwei zwischen diesen Lagerringen 22, 24 angeordnete Wälzkörperreihen 40, 42. Der Außenring 24 ist bevorzugt axial geteilt ausgebildet. Die beiden Wälzkörperreihen 40, 42 bestehen jeweils aus einer Vielzahl von Wälzkörpern 26, 28, die wie im Beispiel der 1 jeweils als Tonnenrollen ausgebildet sind. Die Wälzkörper 26, 28 der beiden Wälzkörperreihen 40, 42 sind gegenüber der Haupt-Lagerebene 30 in jeweils entgegengesetzten Richtungen leicht schräg gestellt.
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Am Außenumfang des Innenringes 22 sind zwei an die Form und Stellung der Wälzkörper 26, 28 angepasste Laufbahnen 32, 34 ausgebildet, während am Innenumfang des Außenringes 24 eine hohlkugelförmige Laufbahn 36 ausgebildet ist, die in der schon beschriebenen Weise eine Winkelanpassung des Lagers ermöglicht, indem der Außenring 24 entsprechend dem zweiten Doppelpfeil 38 um den auf der Lagerachse liegenden geometrischen Mittelpunkt der hohlkugelförmigen Lagerfläche 26 in Richtung des zweiten Doppelpfeils 38 verschwenkt wird. Das Pendelwälzlager 20 gemäß 2 ist in radialer Richtung und wegen der schräg gestellten Wälzkörper 26, 28 in beiden axialen Richtungen hoch belastbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind beide Wälzkörperreihen 40, 42 jeweils durch einen Käfig 25a, 25b geführt. Die Käfige können auch zu einem gemeinsamen Käfig 25a/25b zusammengefasst sein, wie nicht gesondert dargestellt ist.
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Auch bei dem in 2 dargestellten Pendelwälzlager 20 weist eine geringere Anzahl von Wälzkörpern 26 einen im Vergleich zu den übrigen Wälzkörpern 28 etwas größeren Durchmesser auf. Hierdurch ermöglichen die durchmessergrößeren Wälzkörper 26 auch bei vergleichsweise geringen auf das Pendelwälzlager 20 wirkenden Lasten, dass zumindest diese größeren Wälzkörper 26 bei einer Drehung des drehbaren Lagerring schlupffrei mitgenommen werden. Da alle Wälzkörper 26, 28 im gleichen Käfig 25a, 25b aufgenommen sind, werden dadurch auch die durchmesserkleineren Wälzkörper 28 vorteilhaft mitbewegt.
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Um die durchmessergrößeren Wälzkörper 26 von den durchmesserkleineren Wälzkörpern 28 bei der Montage des Pendelwälzlagers 20 trotz der nur sehr geringen Durchmesserunterschiede leicht erkennen zu können, weisen die durchmessergrößeren Wälzkörper 26 an deren beiden Stirnseiten 48, 50 eine Brünierung auf. Alternativ oder additiv dazu kann die Kennzeichnung der durchmessergrößeren Wälzkörper 26 durch eine stirnseitige, flache Körnung 54 erreicht werden, wobei die Körung 54 vorzugsweise koaxial zur Rotationsachse des jeweiligen Wälzkörpers 26 angeordnet ist
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Gemäß einem Beispiel kann eine Wälzkörperreihe 5 des in 1 gezeigten Schrägtonnenlagers 2 zweiunddreißig Wälzkörper aufweisen, wobei acht Wälzkörper 8, also 25% der Gesamtanzahl, jeweils einen größeren Durchmesser aufweisen als der Rest der Wälzkörper. Bei einer geringen axialen Belastung des Schrägtonnenlagers 2 tragen die durchmessergrößeren Wälzkörper 8. Sie verhindern einen Schlupf und halten über den Käfig 14 alle Wälzkörper der Wälzkörperreihe 5 auf der gleichen Drehzahl. Bei einer hohen axialen Lagerbelastung federn die durchmessergrößeren Wälzkörper 8 radial ein, bis alle Wälzkörper des Schrägtonnenlagers 2 an der Lastübertragung beteiligt sind. Hierbei ist die Lagerauslegung so getroffen, dass keine unzulässige Flächenpressung zwischen den Lagerringen und den Wälzkörpern auftritt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Einreihiges Pendelwälzlager, Schrägtonnenlager
- 4
- Innenring des Pendelwälzlagers 2
- 5
- Wälzkörperreihe des Pendelwälzlagers 2
- 6
- Außenring des Pendelwälzlagers 2
- 8
- Wälzkörper mit größerem Durchmesser des Pendelwälzlagers 2
- 10
- Laufbahn des Innenrings 4
- 12
- Laufbahn des Außenrings 6
- 14
- Käfig des Pendelwälzlagers 2
- 16
- Erster Doppelpfeil
- 18
- Pfeil
- 20
- Zweireihiges Pendelwälzlager, Schrägtonnenlager
- 22
- Innenring des Pendelwälzlagers 20
- 24
- Außenring des Pendelwälzlagers 20
- 25a
- Erster Käfig des Pendelwälzlagers 20
- 25b
- Zweiter Käfig des Pendelwälzlagers 20
- 26
- Wälzkörper mit größerem Durchmesser der Wälzkörperreihe 40
- 28
- Wälzkörper mit geringerem Durchmesser der Wälzkörperreihe 42
- 30
- Haupt-Lagerebene
- 32
- Erste Laufbahn am Innenring 22
- 34
- Zweite Laufbahn am Innenring 22
- 36
- Laufbahn am Außenring 24
- 38
- Zweiter Doppelpfeil
- 40
- Erste Wälzkörperreihe am Pendelwälzlager 20
- 42
- Zweite Wälzkörperreihe am Pendelwälzlager 20
- 44
- Erste Stirnseite des Wälzkörpers 8
- 46
- Zweite Stirnseite des Wälzkörpers 8
- 48
- Erste Stirnseite des Wälzkörpers 26
- 50
- Zweite Stirnseite des Wälzkörpers 26
- 52
- Dreh- oder Pressmulde in einer Stirnseite des Wälzkörpers 28
- 54
- Körnung an einer Stirnseite des Wälzkörpers 26
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012207073 A1 [0004]
- DE 10225572 B4 [0005]
