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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelelement für Lageranwendungen insbesondere mit einer hohen Stabilität und einem leichten Gewicht. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kugelelements.
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Kugelelemente für Lageranwendungen sind seit langem bekannt. Vorteile ergeben sich etwa in einer ausgereiften Technik und in einer verlässlichen Anwendung.
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Aus dem Dokument
US 3,337,278 ist ein Wälzkörper für Hochdrehzahlanwendungen bekannt. Ein derartiger Wälzkörper ist durch eine Hohlform gebildet. Durch eine entsprechend geringere Masse soll die Lebensdauer verbessert werden.
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Das Dokument
US 5,659,956 beschreibt ebenfalls Hohlkugeln für Lageranwendungen. Eine derartige Hohlkugel soll insbesondere durch Reibschweißverfahren zweier Halbkugeln hergestellt werden.
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Aus dem Dokument
US 3,751,123 ist ein Kugelelement beschrieben, welches einen vergleichsweise leichten Kern mit einem leichten Material aufweist, oder welches als Hohlkugel ausgestaltet ist. Die Oberfläche soll durch Plattieren besonders hart ausgestaltet werden.
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Das Dokument
US 4,741,632 beschreibt ein Lager, welches durch ein Verhindern einer Bewegung von Kugeln das Drehmoment eines Kugellagers stabilisieren soll. Hierzu ist es vorgesehen, dass die Kugeln ein Masseträgheitsmoment um ihre Drehachse haben, das größer ist, als um jede andere Achse. Dadurch wird einer Rotation um eine andere Achse entgegengewirkt. Dies wird realisiert indem die Kugel von einer exakt kugelförmigen Geometrie abweicht oder durch das Vorsehen von Strukturen in der Kugel.
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Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch weiteres Verbesserungspotential, insbesondere hinsichtlich der Eigenschaftsmatrix hinsichtlich einer Kombination von geringem Gewicht mit hoher Stabilität, bieten.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche das Gewicht von Kugelelementen bei einer gleichzeitig hohen Stabilität reduziert werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Kugelelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelelements mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
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Es wird vorgeschlagen ein Kugelelement für eine Lageranwendung, wobei das Kugelelement einen kugelförmigen Grundkörper aufweist, wobei der kugelförmige Grundkörper einen inneren Bereich und einen den inneren Bereich umhüllenden äußeren Bereich aufweist, wobei der innere Bereich porös ist und wobei der äußere Bereich porenfrei ist derart, dass der Grundkörper eine geschlossene Oberfläche aufweist.
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Ein vorbeschriebenes Kugelelement kann bei einer hohen Stabilität ein geringes Gewicht aufweisen.
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Ein vorbeschriebenes Kugelelement dient insbesondere dem Einsatz in einer Lageranwendung, wie insbesondere in einem Wälzlager. Somit kann das Kugelelement insbesondere als Wälzkörper dienen. Konkrete Anwendungsbeispiele umfassen beispielsweise Kugelelemente für Kugellager, Laufrollenlager, Gewindetriebe, Linear-Wälzführungen, welche erfindungsgemäß unter dem Begriff Lager, wie etwa Wälzlager, zusammengefasst werden sollen. Kugelelemente sollten bei den vorbeschriebenen Anwendungen ein bestimmtes Eigenschaftsprofil aufweisen. Beispielsweise ist es von Vorteil, dass das Gewicht gering ist, wobei ferner eine hohe Stabilität von Vorteil ist. Insbesondere bei hochdynamischen Anwendungen, wie etwa bei Hochdrehzahlanwendungen, sollte eine hohe Steifigkeit gegeben sein, um so etwa eine Verformung während des Betriebs zu verhindern.
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Das vorbeschriebene Kugelelement weist einen kugelförmigen Grundkörper auf. Beispielsweise kann der Grundkörper exakt kugelförmig sein und/oder kann kann das Kugelelement aus dem Grundkörper bestehen.
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Der Grundkörper weist einen inneren Bereich und einen den inneren Bereich umhüllenden äußeren Bereich auf. Beispielsweise kann der äußere Bereich den inneren Bereich vollständig umhüllen beziehungsweise kann der innere Bereich in dem äußeren Bereich vollständig eingehaust sein. Ferner kann nur ein innerer Bereich und ein äußerer Bereich vorliegen oder es kann ein äußerer porenfreier Bereich vorliegen, der mehrere Lagen von inneren Bereichen umhüllen kann, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die inneren Bereiche können sich dabei etwa in der Porosität oder in dem Material unterscheiden.
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Der innere Bereich unterscheidet sich von dem äußeren Bereich insbesondere durch die Struktur des in dem inneren beziehungsweise äußeren Bereich vorliegenden Materials. Dabei kann eine scharfe Grenze zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich vorliegen, oder es kann ein fließender Übergang zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich vorliegen.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass der innere Bereich porös ist und dass der äußere Bereich porenfrei ist derart, dass der Grundkörper eine geschlossene Oberfläche aufweist. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann ein geringes Gewicht mit einer hohen Stabilität ermöglicht werden. Dabei kann unter einer porösen Struktur insbesondere verstanden werden eine Struktur, bei welcher Gaseinschlüsse in dem Material vorliegen. Ferner kann das Vorliegen einer geschlossenen Oberfläche eine porenfreie Oberfläche bedeuten und dabei umfassen, dass an der Oberfläche des Grundkörpers der äußere Bereich gebildet wird nur durch eine geschlossene Oberfläche oder durch einen Bereich mit einer definierten Schichtdicke.
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Dadurch, dass der innere Bereich porös ist, kann auf sehr definierte Weise anstelle eines Vollmaterials eine Struktur mit einem vergleichsweise geringen Gewicht beziehungsweise mit einer geringen Dichte ermöglicht werden. Dies kann insbesondere bei Wälzkörpern für Hochdrehzahlanwendungen von signifikantem Vorteil sein, da diese beschleunigt werden müssen und eine Fliehkraftbelastung aufbringen. Gegenüber einer Hohlkugel, wie diese beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt ist, bietet eine poröse Struktur jedoch eine signifikant erhöhte Stabilität beziehungsweise Steifigkeit. Insbesondere kann grundsätzlich bei einer porösen Struktur und insbesondere in Abhängigkeit der gewählten porösen Struktur eine hohe Steifigkeit erzeugt werden, welche insbesondere bei dem geringen Gewicht vorteilhaft ist und auch bei hochdynamischen und Hochdrehzahlanwendungen bestehen bleiben kann.
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Darüber hinaus bietet die Ausgestaltung des inneren Bereichs als poröse Struktur den weiteren Vorteil einer hohen Adaptivität. So kann bei den vorbeschriebenen Kugelelementen durch eine etwa homogene poröse Innenstruktur eine definierte Massenverteilung innerhalb des Kugelelements ermöglicht werden. Das kann es erlauben, dass die Roll- beziehungsweise Rotationseigenschaften der Kugel in gewünschter Weise an das vorgesehene Anwendungsgebiet angepasst werden können. Dies ist ebenfalls ein signifikanter Vorteil gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik, da eine Adaptierbarkeit dort meist mit einem aufwändigen Verfahren durchgeführt werden musste.
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Ferner kann die Ausgestaltung, wonach der äußere Bereich porenfrei ist derart, dass der Grundkörper eine geschlossene Oberfläche aufweist, es erlauben, dass die Stabilität weiter gesteigert werden kann. Insbesondere kann auch bei hochdynamischen und Hochdrehzahlanwendungen eine hohe Steifigkeit und dadurch ein vorteilhaftes Arbeiten ermöglicht werden.
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Ferner kann durch eine geschlossene Oberfläche es ermöglicht werden, dass das Kugelelement in einem reibungsarmen Rollzustand mit der entsprechenden Gegenfläche in Kontakt kommt, so dass ein besonders vorteilhaftes Arbeiten des Kugelelements möglich ist. Beispielsweise kann ein vorbezeichnetes Kugelelement trotz eines geringen Gewichts und einer hohen Stabilität eine sehr glatte Oberfläche aufweisen, was eine sehr geringe Reibung auch bei einer hohen Drehzahl aufweisen kann.
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Je nach Aufbau und Dichte der Innenstruktur beziehungsweise des inneren Bereichs in Kombination mit der Dicke der Randschicht beziehungsweise des äußeren Bereichs kann sich eine andere Steifigkeitskennlinie insbesondere in nicht linearer Weise ergeben. Somit kann insbesondere bei einem vorbeschriebenen Kugelelement das Verhältnis zwischen Gewicht und Steifigkeit flexibler definiert beziehungsweise eingestellt werden als etwa bei vergleichbaren Vollkugeln und Hohlkugeln. Denn bei Vollkugeln sind ausschließlich der Durchmesser und der Werkstoff variabel, bei Hohlkugeln kann zusätzlich die Wandstärke variabel sein.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass der Grundkörper aus einem einheitlichen Material geformt ist. In anderen Worten kann der Grundkörper aus nur einem Material geformt sein, so dass sich der innere Bereich und der äußere Bereich nur in der Struktur des Materials unterscheiden. In dieser Ausgestaltung gibt es mit der Struktur nur eine Variable, so dass in dieser Ausgestaltung auf besonders definierte Weise die Gewichts-, Rotations- und Stabilitätseigenschaften eingestellt werden können. Darüber hinaus kann insbesondere in dieser Ausgestaltung eine besonders einfache und definierte Herstellbarkeit ermöglicht werden, was den Aufwand der Herstellung und damit die Kosten der Herstellung reduzieren kann. Bezüglich der vergleichsweise einfachen und unproblematischen Herstellbarkeit wird auf die nachstehende Beschreibung des Verfahrens verwiesen.
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Es kann ferner bevorzugt sein, dass wenigstens einer von dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich aus einem Material geformt ist, das ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahlwerkstoffen, wie beispielsweise dem Stahl 100Cr6, Keramikwerkstoffen, wie etwa Siliziumnitrid, oder auch Kunststoffwerkstoffen. Insbesondere die vorbeschriebenen Materialien können für die vorgenannten Anwendungen bei Kugelelementen von Vorteil sein. Denn die vorgenannten Materialien können auch bei einer porösen Struktur eine hohe Stabilität, wie etwa Versteifungsbeständigkeit, ermöglichen, so dass insbesondere eine innere poröse Struktur bei den vorbeschriebenen Materialien von Vorteil sein kann. Darüber hinaus lassen sich Kugelelemente insbesondere unter Verwendung der vorgenannten Materialien unter Verwendung einfach und definiert durchführbarer Verfahren herstellen, wie dies nachfolgend mit Bezug auf die Verfahren beschrieben ist.
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Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass sowohl der innere Bereich, beispielsweise sämtliche vorgesehenen inneren Bereiche, als auch der äußere Bereich aus einem Material geformt ist, das ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahlwerkstoffen, wie beispielsweise dem Stahl 100Cr6, Keramikwerkstoffen, wie etwa Siliziumnitrid, oder auch Kunststoffwerkstoffen. In dieser Ausgestaltung kann der Grundkörper somit aus einem der vorbeschriebenen Materialien bestehen, was die Vorteile der Herstellbarkeit besonders effektiv ermöglichen kann.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass der innere Bereich eine Porosität aufweist in einem Bereich von > 0 % bis <100 %, bevorzugt in einem Bereich von ≥ 50 % bis ≤ 90 %. Dabei bezieht sich die Porosität auf das freie Volumen, also Gasvolumen oder in anderen Worten den Porenanteil in Volumen-% bezogen auf das Gesamtmaterial und dabei insbesondere basierend auf dem gesamten inneren Bereich oder eine entsprechende Schicht beziehungsweise Lage hiervon. Es konnte gefunden werden, dass die vorgenannten Vorteile insbesondere eines geringen Gewichts in Kombination mit einer hohen Stabilität auch bei Hochdrehzahlanwendungen insbesondere in dieser Ausgestaltung besonders effektiv erfüllt werden können.
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Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass der äußere und somit porenfreie Bereich eine Dicke aufweist in einem Bereich von > 0 % bis < 100 %, bevorzugt in einem Bereich von ≥ 2 % bis ≤ 20 %, bezogen auf den Radius des Kugelelements beziehungsweise des Grundkörpers. Damit ist insbesondere eine Dicke gemeint, die einem radialen Abstand von der Oberfläche des kugelförmigen Grundkörpers entspricht. Diese Ausgestaltung kann eine besonders hohe Stabilität dahingehend ermöglichen, dass auch bei einer Langzeitanwendung unter harschen Bedingungen die Oberfläche sicher geschlossen bleibt und somit die Vorteile eines guten Abrollverhaltens bestehen bleiben. Darüber hinaus besitzt das Kugelelement insbesondere in dieser Ausgestaltung eine hohe Steifigkeit.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Kugelelements wird auf die nachfolgende Beschreibung des Verfahrens, der Verwendung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Kugelelements für eine Lageranwendung, wobei ein kugelförmiger Grundkörper derart geformt wird, dass dieser einen inneren Bereich und einen den inneren Bereich umhüllenden äußeren Bereich aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass der innere Bereich porös geformt wird und dass der äußere Bereich porenfrei geformt wird derart, dass der Grundkörper eine geschlossene Oberfläche aufweist.
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Beispielsweise kann das Kugelelement aus dem Grundkörper bestehen und/oder kann ein innerer Bereich oder eine Mehrzahl von inneren Bereichen erzeugt werden, welche sich in Porosität und/oder Material unterscheiden können. Ferner kann der äußere Bereich derart geformt werden, dass er aus der geschlossenen Oberfläche besteht oder eine gewisse Dicke aufweist, die über eine bloße geschlossene Oberfläche hinausgeht.
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Durch dieses Verfahren wird somit insbesondere ein Kugelelement hergestellt, wie es vorstehend im Detail beschrieben ist. Dadurch ergeben sich die Vorteile, wie diese vorstehend im Detail offenbart sind. Insbesondere erlaubt das vorbeschriebene Verfahren die Herstellung eines Kugelelements, welches bei einem geringen Gewicht eine vergleichsweise hohe Stabilität sowie eine hohe Steifigkeit aufweist. Dabei kann das vorbeschriebene Verfahren im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen besonders einfach und definiert ausgeführt werden, wie dies nachstehend beschrieben ist. Es ist insbesondere nicht notwendig, wie dies bei den Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt ist, zunächst zwei Halbkugeln zu formen, welche in einem weiteren Verfahrensschritt miteinander verbunden werden, oder eine geformte Kugel anschließend beispielsweise spanabhebend zu bearbeiten. Im Gegensatz dazu ist ein vorbeschriebenes Kugelelement mit vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand erzeugbar. Insbesondere kann es wie nachstehend beschrieben möglich werden, das Kugelelement beziehungsweise den Grundkörper ohne Fügeoperationen und damit ohne Fügestellen zu erzeugen, wodurch die Kraftübertragung innerhalb der Kugel verbessert und Spannungsspitzen vermieden werden können.
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Beispielsweise kann es bevorzugt sein, dass der Grundkörper zumindest teilweise durch ein additives Verfahren geformt wird. Besonders bevorzugt kann der Grundkörper vollständig unter Verwendung eines additiven Verfahrens geformt werden. Unter einem additiven beziehungsweise generativen Verfahren kann dabei insbesondere verstanden werden ein Prozess, bei dem auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern beziehungsweise Aufbauen von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Beispiele für derartige Prozesse umfassen etwa den 3D-Druck, unter welchem oftmals auch Lasersintern beziehungsweise Laserschmelzen verstanden werden. Ein additives Fertigungsverfahren unterscheidet sich deutlich von konventionellen, abtragenden Fertigungsmethoden. Anstatt, wie bei abtragenden Verfahren bekannt, zum Beispiel ein Werkstück aus einem festen Block heraus zu fräsen, werden die Bauteile bei additiven Fertigungsverfahren insbesondere Schicht für Schicht aus Werkstoffen beziehungsweise Rohmaterialien aufgebaut, die als Ausgangsmaterial als insbesondere feines Pulver vorliegen. Anwendung finden derartige Verfahren etwa beim sogenannten Rapid Prototyping oder auch in der Serienproduktion.
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Meist kommt zur Bearbeitung wie etwa zum Aufschmelzen des insbesondere pulverförmigen Rohmaterials ein Laser, wie etwa ein CO2-Laser, ein Nd:YAG-Laser oder ein Faserlaser, oder auch eine Elektronenstrahlquelle zum Einsatz.
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Unter Verwendung eines additiven Verfahrens bietet sich insbesondere der Vorteil, dass der Grundkörper beziehungsweise das gesamte Kugelelement in einem einfachen Herstellungsschritt ohne Fügestellen erzeugt werden kann. Dadurch können einfache Verfahrensabläufe implementiert werden, was den Herstellungsaufwand reduzieren kann. Darüber hinaus kann durch ein additives Verfahren ohne Vergrößerung des Herstellungsaufwands im Wesentlichen jede poröse Struktur beziehungsweise jede Struktur des inneren Bereichs beziehungsweise des äußeren Bereichs ermöglicht werden, was eine Adaptierbarkeit weiter verbessern kann.
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Dabei ist es ferner gleichermaßen möglich, das Kugelelement aus einem einheitlichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien zu formen. Bezüglich des verwendeten Materials kann es ferner insbesondere bei einem additiven Verfahren von Vorteil sein, dass wenigstens eines von dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, beispielsweise der gesamte Grundkörper, aus einem Material geformt ist das ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahlwerkstoffen, wie beispielsweise dem Stahl 100Cr6, Keramikwerkstoffen, wie etwa Siliziumnitrid, oder auch Kunststoffwerkstoffen. Denn die vorgenannten Materialien lassen sich neben ihrer Eignung für die vorgenannten Anwendungen gleichermaßen gut aufschmelzen und so beispielsweise durch ein additives Verfahren bearbeiten.
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Es kann ferner bevorzugt sein, dass der äußere Bereich geformt wird durch Aufschmelzen eines zuvor geformten inneren Bereichs. Auch in dieser Ausgestaltung kann eine unproblematische und definierte Herstellung ermöglicht werden. Dabei kann somit zunächst ein poröser Grundkörper erzeugt werden, bei welchem anschließend durch Aufschmelzen mit anschließendem Abkühlen des Materials die Poren verschlossen werden. Der Grundkörper kann etwa additiv oder in herkömmlicher Weise, etwa durch einen Sinterschritt, erzeugt werden. Dabei kann die Dicke der äußeren Schicht, also der Schicht, welche in dieser Ausgestaltung nach dem Aufschmelzen des Materials porenfrei ist, etwa durch den Wärmeeintrag in definierter Weise steuerbar sein. Auch in dieser Ausgestaltung kann es von Vorteil sein, dass wenigstens eines von dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, beispielsweise der gesamte Grundkörper, aus einem Material geformt ist das ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahlwerkstoffen, wie beispielsweise dem Stahl 100Cr6, Keramikwerkstoffen, wie etwa Siliziumnitrid, oder auch Kunststoffwerkstoffen. Denn die vorgenannten Materialien lassen sich neben ihrer Eignung für die vorgenannten Anwendungen gleichermaßen gut aufschmelzen und so aus einer porösen Struktur in eine porenfreie Struktur mittels Aufschmelzen bearbeiten. Dabei kann zum Aufschmelzen beispielsweise ein Laser verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass der äußere Bereich geformt wird durch äußeres Verdichten eines zuvor geformten inneren porösen Bereichs. Diese Ausgestaltung kann ebenfalls dazu dienen, einen vormals erzeugten porösen Bereich zu schließen und so einen äußeren Bereich zu formen, der porenfrei ist. Dabei kann durch ein Verdichten durch das Anwenden eines hohen Drucks auf einfache und definierte Weise die Poren geschlossen werden, wobei ferner eine besonders glatte Oberfläche entstehen kann. Auch in dieser Ausgestaltung kann es von Vorteil sein, dass wenigstens eines von dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich, beispielsweise der gesamte Grundkörper, aus einem Material geformt ist das ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahlwerkstoffen, wie beispielsweise dem Stahl 100Cr6, Keramikwerkstoffen, wie etwa Siliziumnitrid, oder auch Kunststoffwerkstoffen. Denn die vorgenannten Materialien lassen sich neben ihrer Eignung für die vorgenannten Anwendungen gleichermaßen gut verdichten und so eine porenfreie Struktur schaffen. Geeignete Verfahren zum Verdichten umfassen beispielsweise lokales plastisches Verformen der Oberfläche, etwa durch Hämmern oder Kugelstrahlen.
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Grundsätzlich können sich an die vorbeschriebenen Ausgestaltungen weitere Verfahrensschritte anschließen, die etwa einem Härten oder Glätten der Oberfläche dienen können. Beispielsweise zu nennen sind hier Wärmebehandlungsverfahren, Schleifen oder Läppen. Insbesondere nach einem lokalen Verdichtungsvorgang kann eine nachgeschaltete Glättung von Vorteil sein.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung des Kugelelements, der Verwendung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines vorbeschriebenen Kugelelements in einem Wälzlager beziehungsweise für die Herstellung eines Wälzlagers. Somit kann das Kugelelement insbesondere als Wälzkörper Verwendung finden. Insbesondere bei einer derartigen Anwendung kann eine hohe Stabilität in Kombination mit einem leichten Gewicht von Vorteil sein, wie dies grundsätzlich dem Fachmann etwa für Leichtbauzwecke beziehungsweise hochdynamische Anwendungen bekannt ist. Dabei ergeben sich beispielsweise die Vorteile, dass durch die geringere Steifigkeit eine Vorspannung realisiert werden kann, wodurch Spiel und Schlupf reduziert werden kann
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Konkrete Anwendungsbeispiele umfassen beispielsweise Kugelelemente für Kugellager, Laufrollenlager, Gewindetriebe, Linear-Wälzführungen.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Verwendung wird auf die Beschreibung des Kugelelements, des Verfahrens, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.
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Im Folgenden wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei explizit darauf hingewiesen wird, dass der erfindungsgemäße Gegenstand nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es zeigt:
- 1 eine Schnittansicht durch ein Kugelelement; und
- 2 eine schematische Darstellung zeigend eine Ausgestaltung eines Verfahrens zum Herstellen eines Kugelelements.
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In der 1 ist rein schematisch eine Schnittansicht durch ein Kugelelement 10 gezeigt. Das Kugelelement 10 dient insbesondere dem Einsatz in einem Wälzlager.
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Das Kugelelement 10 weist einen kugelförmigen Grundkörper 12 auf, wobei der kugelförmige Grundkörper 12 einen inneren Bereich 14 und einen den inneren Bereich 14 umhüllenden äußeren Bereich 16 aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass der innere Bereich 14 porös ist und dass der äußere Bereich 16 porenfrei ist derart, dass der Grundkörper 12 eine geschlossene Oberfläche aufweist. Bezüglich der Poren kann es vorgesehen sein, dass der innere Bereich 14 eine Porosität aufweist in einem Bereich von > 0 % bis < 100 %, bevorzugt in einem Bereich von ≥ 50 % bis ≤ 90.
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Insbesondere kann der äußere Bereich 16 eine gewisse Dicke aufweisen, also in einem definierten radialen Abstand von der Oberfläche keine Poren aufweisen. Beispielsweis kann der äußere Bereich eine Dicke aufweisen in einem Bereich von > 0 % bis < 100 %, bevorzugt in einem Bereich von ≥ 2 % bis ≤ 20 %, bezogen auf den Radius des Kugelelements 10 beziehungsweise des Grundkörpers 12.
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Ferner kann es vorgesehen sein, dass der Grundkörper 12 aus einem einheitlichen Material geformt ist. Beispielsweise kann der Grundkörper 12 aus einem Material geformt sein, das ausgewählt ist aus der Liste bestehend aus Stahlwerkstoffen, wie beispielsweise dem Stahl 100Cr6, Keramikwerkstoffen, wie etwa Siliziumnitrid, oder auch Kunststoffwerkstoffen.
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Ein derartiges Kugelelement 10 kann beispielsweise durch ein additives beziehungsweise generatives Verfahren herstellbar sein, und damit schichtweise ausgeformt werden.
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Alternativ kann ein Kugelelement 10 herstellbar sein, wie dies in der 2 gezeigt ist. Gemäß 2 wird zunächst ein Grundkörper 12 erzeugt, der vollständig porös sein kann und den inneren Bereich 14 aufweisen kann beziehungsweise daraus bestehen kann. Dies kann additiv oder auf andere Weise erfolgen. Anschließend kann der äußere Bereich 16 geformt werden durch teilweises Aufschmelzen und/oder teilweises Verdichten des zuvor geformten inneren Bereichs 14. In anderen Worten wird der Randbereich des zuvor erzeugten inneren Bereichs 14 beziehungsweise Grundkörpers 12 aufgeschmolzen oder verdichtet, wodurch sich die Poren schließen und der Randbereich des inneren Bereichs 14 in den äußeren Bereich 16 umgeformt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kugelelement
- 12
- Grundkörper
- 14
- innerer Bereich
- 16
- äußerer Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3337278 [0003]
- US 5659956 [0004]
- US 3751123 [0005]
- US 4741632 [0006]
