DE102017100572A1

DE102017100572A1 - Wälzlager

Info

Publication number: DE102017100572A1
Application number: DE102017100572.2A
Authority: DE
Inventors: Ekrem Akyol; Thomas Stahl; Robert Dreßel; Christina Stöber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager (10) mit einer Innenringanordnung (12), einer Außenringanordnung (14) und einem zwischen Innenringanordnung (12) und Außenringanordnung (14) angeordnetem Wälzkörper (16), wobei es zum Ausbilden eines elastischen Verhaltens von wenigstens einer der Innenringanordnung (12) und der Außenringanordnung (14) vorgesehen ist, dass die Innenringanordnung (12) wenigstens ein Innenringbauteil umfasst oder dass die Außenringanordnung (14) wenigstens ein Außenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur (18) mit Kavitäten aufweist (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Wälzlagers.
Wälzlager sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt. Beispielsweise sind hier Rollenlager oder Nagellager zu nennen, welche in keiner Weise beschränkend zum Lagern von Wellen geeignet sein können. Für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten kann eine insbesondere auf elastische Weise nachgiebige Ausgestaltung eines Wälzlagers von Vorteil sein.
Aus dem Dokument DE 24 01 544 A1 , beispielsweise, ist ein Lagersitz für ein Kugellager bekannt. Dabei ist ein Laufring vorgesehen, der an seiner Außenseite einen Elastomeraußenring aufweisen kann, und der eine konzentrisch liegende Aufnahmebohrung aufweisen kann, auf deren Wand eine weitere Elastomerschicht vorgesehen ist, welche mit einem Sitz für den Außenring eines Kugellagers versehen ist.
Das Dokument DE 28 41 304 A1 beschreibt ein Wälzlager, das einen den Außenring umfassenden Lagerträger aufweist. Dabei stützt sich das Lager durch einen Gummizwischenring an dem Lagerträger ab.
Aus DE 199 50 731 ist ferner ein Wälzlager bekannt. Gemäß diesem Dokument ist zwischen einem Lageraußenring und eine Maschinenteil ein Elastomermaterial unter Vorspannung eingepresst.
DE 10 2009 004 774 B3 beschreibt ferner eine Lageranordnung mit einem Wälzlager. Radial außerhalb des Wälzlagers umfasst die Lageranordnung ein erstes Hülsenelement und ein zweites, zum ersten Hülsenelement konzentrisch angeordnetes Hülsenelement, wobei zwischen den Hülsenelementen ein Ring aus elastomerem Material oder Gummimaterial angeordnet ist.
EP 1 065 374 A2 beschreibt weiterhin eine Windkraftanlage mit einem elastomeren Lager mit stark dämpfenden Eigenschaften. Im Detail kann es vorgesehen sein, dass die Elastomere zwischen Maschinenträger und Getriebe angebracht sind oder dass die Elastomere in Buchsenlagerungen eingesetzt werden, welche mit dem Getriebe über die Drehmomentstützen und dem Maschinenträger über die Ständer verbunden sind.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich der Eigenschaftsmatrix aus einem geeigneten elastischen Verhalten, einer hohen Stabilität und einer einfachen Herstellbarkeit mit geringen Kosten.
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 ein elastisch ausgestaltetes und dabei stabiles Wälzlager darstellbar ist, welches bevorzugt einfach und kostengünstig herstellbar sein kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagers mit den Merkmalen des Anspruchs 10. 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.
Es wird vorgeschlagen ein Wälzlager mit einer Innenringanordnung, einer Außenringanordnung und einem zwischen Innenringanordnung und Außenringanordnung angeordneten Wälzkörper, wobei es zum Ausbilden eines elastischen Verhaltens von wenigstens einer der Innenringanordnung und der Außenringanordnung vorgesehen ist, dass die Innenringanordnung wenigstens ein Innenringbauteil umfasst oder dass die Außenringanordnung wenigstens ein Außenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur mit insbesondere geschlossenen Kavitäten aufweist.
Ein vorbeschriebenes Wälzlager kann bei einer einfachen Herstellbarkeit und einer hohen Stabilität ein geeignetes und gut anpassbares elastisches Verhalten erlauben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit ein Wälzlager vorgeschlagen. Die spezifische Ausgestaltung, beispielsweise als Kugellager, Rollenlager, Nadellager oder Ähnliches ist im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht grundsätzlich beschränkt.
Das Wälzlager umfasst in an sich bekannter Weise eine Innenringanordnung, eine Außenringanordnung und einen zwischen Innenringanordnung und Außenringanordnung angeordnetem Wälzkörper. Die Ausgestaltung des Wälzkörpers ist dabei in für den Fachmann verständlicher Weise abhängig von der Ausgestaltung des Lagers beispielsweise als Kugellager, Rollenlager oder Ähnliches und kann somit beispielsweise ein Kugel, eine Rolle beziehungsweise ein Zylinder oder Ähnliches sein.
Die Innenringanordnung sowie die Außenringanordnung können unabhängig voneinander aus einem Innenring oder einem Außenring bestehen oder etwa weitere Bauteile aufweisen, wie etwa einen Zwischenring, ein Gehäusebauteil oder weiteres.
Bei einem vorbeschrieben Wälzlager ist es ferner vorgesehen, dass zum Ausbilden eines elastischen Verhaltens von wenigstens einer der Innenringanordnung und der Außenringanordnung vorgesehen ist, dass die Innenringanordnung wenigstens ein Innenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur mit Kavitäten aufweist oder dass die Außenringanordnung wenigstens ein Außenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur mit Kavitäten aufweist. Unter einer Kavität kann dabei grundsätzlich jeglicher Hohlraum zu verstehen sein, der von der Tragestruktur definiert wird und somit von dieser umgeben und verschlossen ist. Ferner kann unter einem elastischen Verhalten insbesondere eine zumindest teilweise, insbesondere vollständig elastische Verformbarkeit verstanden werden. Dabei ist es grundsätzlich nicht beschränkt, welches der Bauteile von der Innenringanordnung beziehungsweise der Außenringanordnung eine Stützstruktur mit Kavitäten aufweist und somit ein elastisches Verhalten ermöglicht. Vorteilhaft sind die Kavitäten geschlossen.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass ein derartiges elastisches Verhalten nur bei der Innenringanordnung, nur bei der Außenringanordnung oder bei der Innenringanordnung und der Außenringanordnung vorliegt. In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass eine Stützstruktur mit Kavitäten nur in der Innenringanordnung, nur in der Außenringanordnung oder bei in Innenringanordnung und der Außenringanordnung vorgesehen ist.
Das Vorsehen einer derartigen Stützstruktur mit Kavitäten besitzt – im Unterschied zu einer massiven Vollstruktur – den Vorteil, dass durch ein elastisches Verhalten eine axiale Verschiebung, also auch eine Verkippung, möglich ist, gleichzeitig jedoch eine radiale und axiale Tragfähigkeit gewährleistet ist. Die Verkippung kann dabei insbesondere innerhalb des Lagerrings beziehungsweise innerhalb der Innenringanordnung und/oder Außenringanordnung erfolgen und nicht zwingend, wie es gemäß dem Stand der Technik üblich ist, zwischen dem Wälzkörper und seiner Laufbahn. Dies kann insbesondere dann realisiert sein, wenn die Stützstruktur mit den Kavitäten nicht unmittelbar an der Anlagefläche für den Wälzkörper sondern radial beabstandet hierzu vorliegt, wobei ersteres im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen ist. Eine Beabstandung kann etwa durch einen entsprechenden Bereich oder eine entsprechende Schicht aus Vollmaterial realisiert werden.
Dabei kann es von Vorteil sein, dass das elastische Verhalten derart vorgesehen ist, dass es bei einem Druck auf die radial innere Oberfläche der Außenringanordnung beziehungsweise bei einen Druck auf die radial äußere Oberfläche der Innenringanordnung, also im Wesentlichen auf die Laufbahn des Wälzkörpers, sich zeigt und somit der Wälzkörper die jeweilige Kontaktfläche der Innenringanordnung beziehungsweise der Außenringanordnung elastisch verformen kann.
Ein vorbeschriebenes Wälzlager erlaubt somit auf vorteilhafte Weise eine begrenzte Verkippung des Wälzkörpers oder einzelner anderer Bestandteile innerhalb des Lagerrings beziehungsweise innerhalb der Innenringanordnung und/oder Außenringanordnung, um so etwa Winkelfehler, etwa aufgrund von Wellendurchbiegungen, oder auch Materialfehler außerhalb der Laufbahn ausgleichen zu können. Die Verkippung wird dabei durch das elastische Verhalten beziehungsweise die definiert eingebrachte Elastizität ermöglicht und somit durch die Stützstruktur mit Kavitäten. In anderen Worten wird eine Verkippung des Wälzkörpers durch eine definierte Geometriegestaltung der Innenringanordnung beziehungsweise der Außenringanordnung, etwa eines Wälzlagerrings ermöglicht.
Dabei kann nur eine Stützstruktur mit Kavitäten vorgesehen sein, oder können an grundsätzlich unterschiedlichen Positionen die gleichen oder unterschiedliche Stützstrukturen mit Kavitäten vorgesehen sein.
Da die Elastizität bei einem vorbeschriebene Lager durch die definierte Ausgestaltung von Kavitäten in der Innenringanordnung oder der Außenringanordnung ermöglicht wird, kann somit auf das Einbringen einer Schicht beziehungsweise eines Bauteils aus einem elastischen Material verzichtet werden. Dadurch kann der Nachteil umgangen werden, wonach derartige elastomere Materialien oftmals nur bedingt temperaturund/oder medienbeständig sind, was gemäß dem Stand der Technik die Anwendungsbreite begrenzen oder die Langzeitstabilität herabsetzen kann. Im Gegensatz dazu können die elastischen Komponenten bei einem vorbeschriebenen Lager aus einem Material geformt sein, welches vergleichsweise harschen Bedingungen standhalten kann. Die Anwendungsbreite eines vorbeschriebenen Lagers kann somit gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikant verbessert und die Langzeitstabilität erhöht werden.
Darüber hinaus kann insbesondere bei einem vorbeschriebenen Wälzlager eine vorteilhafte und gewünschte Kombination aus stabiler radialer Abstützung des Wälzkörpers und elastischem Verhalten ermöglicht werden. Denn der Grad an Elastizität beziehungsweise grundsätzlich das elastische Verhalten kann durch die Ausgestaltung und Anzahl der Kavitäten in nahezu beliebiger Weise gesteuert werden, so dass eine vergleichsweise problemlose Anpassung an das gewünschte Anwendungsgebiet möglich sein kann.
Neben einer Anpassung der elastischen Eigenschaften kann grundsätzlich auch eine Anpassung der Stabilität, wie etwa der Temperatur- und/oder Medienbeständigkeit erreichbar sein, da diese etwa durch die Wahl des verwendeten Materials auf einfache Weise einstellbar sein kann. Dabei kann das Material grundsätzlich gewählt werden unabhängig von seinen elastischen Eigenschaften, da diese nicht oder nur begrenzt durch etwaige Materialkonstanten sondern vielmehr durch die erzeugte Stützstruktur mit den entsprechenden Kavitäten erzeugt wird. Somit kann das Material basierend auf seiner Stabilität beziehungsweise Beständigkeit gewählt werden, was die Anwendungsbreite weiter verbessert und materialbedingte Beschränkungen im Wesentlichen verhindern kann.
Es kann insbesondere eine Herstellung des Lagers beziehungsweise zumindest des elastischen Lagerteils durch ein additives Verfahren von Vorteil sein, da auf diese Weise sehr einfach auch komplizierteste Strukturen erzeugbar sind, was eine problemlose Anpassung auch bei vergleichsweise geringem Aufwand möglich machen kann, um stets eine gewünschte elastische Einbettung eines Wälzlagers, wie etwa eines Wälzkörpers ermöglichen zu können. Somit kann es bevorzugt sein, dass das Innenringbauteil oder das Außenringbauteil, das eine Stützstruktur mit Kavitäten aufweist, zumindest teilweise durch ein additives Verfahren geformt ist.
Es kann ferner bevorzugt sein, dass ein Innenringbauteil mit einer Kavitäten aufweisenden Stützstruktur ein mit dem Wälzkörper in Kontakt stehender Lagerinnenring ist, oder dass ein Außenringbauteil mit einer Kavitäten aufweisenden Stützstruktur ein mit dem Wälzkörper in Kontakt stehender Lageraußenring ist. In dieser Ausgestaltung ist es somit vorgesehen, dass das mit dem Wälzkörper unmittelbar in Kontakt kommende Bauteil elastisch ausgestaltet ist. Dadurch kann ein Verkippen des Wälzkörpers besonders effektiv möglich sein, so dass beispielsweise Winkelfehler oder ähnliches zwischen Innenringanordnung und Außenringanordnung problemlos ausgeglichen werden können, was gegebenenfalls besonders vorteilhaft sein kann.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Stützstruktur beziehungsweise die Kavitäten beziehungsweise deren Wandungen unmittelbar an einer Lauffläche des Wälzkörpers angrenzen, oder dass angrenzend an die Lauffläche eine Schicht aus Vollmaterial angeordnet ist, bevor in radialer Richtung die Stützstruktur mit den Kavitäten beginnt. Beispielsweise kann ein derartiger Bereich aus einem Vollmaterial eine Dicke in einem Bereich von ≥ 1mm bis ≤ 5mm aufweisen, wobei die vorgenannten Werte beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen sind.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass ein Innenringbauteil mit einer Kavitäten aufweisenden Stützstruktur ein radial innerhalb eines mit dem Wälzkörper in Kontakt stehendes Lagerinnenrings angeordnetes Innenringbauteil ist, oder dass ein Außenringbauteil mit einer Kavitäten aufweisenden Stützstruktur ein radial außerhalb eines mit dem Wälzkörper in Kontakt stehenden Lageraußenrings angeordnetes Außenringbauteil ist. In dieser Ausgestaltung ist somit nicht das unmittelbar mit dem Wälzkörper in Kontakt stehende Bauteil mit einer Elastizität hervorrufenden Struktur versehen, sondern die Elastizität ist in einem radial von dem eine Lauffläche aufweisenden Bauteil beabstandeten Bauteil vorgesehen. Diese Ausgestaltung kann ein Ausgleichen etwa von Winkelfehlern auch innerhalb der Innenringstruktur beziehungsweise innerhalb der Außenringstruktur selbst besonders effektiv ermöglichen, was gegebenenfalls von Vorteil sein kann.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass ein Innenringbauteil mit einer Kavitäten aufweisenden Stützstruktur aus einem Metall oder einem Metallwerkstoff geformt ist, oder dass das Außenringbauteil mit einer Kavitäten aufweisenden Stützstruktur aus einem Metall oder einem Metallwerkstoff geformt ist. Insbesondere unter Verwendung eines Metalls kann eine hohe Stabilität gewährleistet sein, so dass eine elastische Einbettung des Wälzlagers oder des Wälzkörpers realisierbar ist mit einer zu einem herkömmlichen Lager gleichen Temperatur- und Medienbeständigkeit. Darüber hinaus lassen sich Metalle meist problemlos durch additive Verfahren bearbeiten, was herstellungsspezifische Vorteile mit sich bringt. Ein beispielhafter aber in keiner Weise beschränkender Metallwerkstoff, welcher für ein vorbeschriebenes Lager geeignet ist, ist beispielsweise Stahl. Beispielsweise kann Stahl mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,2 und 0,5 Gew.-% und gegebenenfalls mit Legierungsanteilen von Chrom, Mangan, Molybdän, Nickel, Vanadium, Bohr, oder einer Mischung aus den vorgenannten Legierungsbestandteilen verwendet werden.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass eine Kavitäten aufweisende Stützstruktur oder Kavitäten eine Geometrie umfasst beziehungsweise insbesondere durch die Kavitäten ausbildet, die ausgewählt ist aus einer Wabenstruktur, Mäanderstruktur oder Scheibenstruktur. Insbesondere die vorgenannten Strukturen können vorteilhaft dazu geeignet sein, ein elastisches Verhalten hervorzurufen, wobei jedoch gleichzeitig eine radiale Abstützung des Wälzkörpers möglich ist. Die Wabenstruktur kann dabei grundsätzlich beliebig ausbildbar sein, etwa dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig oder mehreckig. Die Strukturen können sich dabei auf einen Querschnitt durch die Stützstruktur beziehungsweise durch die Kavitäten beziehen. Insbesondere bezüglich der Scheibenstruktur kann diese diagonal oder radial ausgerichtet sein. Dadurch kann die elastische Wirkung räumlich steuerbar sein. Grundsätzlich sind jedoch auch noch weitere Strukturen denkbar, wie etwa Freiformen, welche jegliche beliebige und auch nicht-definierbare Form sein können, wie etwa eine knochenartige Form.
Es kann ferner vorteilhaft sein, dass eine Kavitäten aufweisende Stützstruktur derart ausgestaltet ist, um ein richtungsabhängiges elastisches Verhalten zu ermöglichen. In anderen Worten kann es in dieser Ausgestaltung ermöglicht werden, dass das elastische Verhalten räumlich unterschiedlich ist beziehungsweise unterschiedlich wirkt. In dieser Ausgestaltung kann somit beispielsweise eine richtungsabhängige Kippsteifigkeit ermöglicht werden, was anwendungsbedingt signifikante Vorteile mit sich bringen kann. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise durch eine asymmetrische Formgebung der Stützstruktur beziehungsweise der Kavitäten erreicht werden. Beispielsweise, wenn die Stützstruktur scheibenfähige Kavitäten aufweist, kann eine richtungsabhängige Elastizität durch eine Ausrichtung der Scheiben etwa in einer Diagonalen beziehungsweise diagonalen Richtung, also zwischen der radialen und der axialen Richtung ausgerichtet, ermöglicht werden.
Anwendungen dieser Ausgestaltung umfassen beispielsweise einer Verkippung aufgrund der Wellendurchbiegung entgegenzuwirken. Durch das Eigengewicht einer Welle wirkt das Kippmoment immer in eine bestimmte Richtung. Wird die Kippsteifigkeit im Lager entsprechend asymmetrisch ausgestaltet, wird es möglich, dieser Verkippung entgegenzuwirken, ohne die weiteren Eigenschaften des Lagers zu beeinflussen. Denkbar wäre ebenfalls eine anwendungsbezogene Richtungsabhängigkeit. In vielen Anwendungen wirken Axiallasten im Betrieb stets oder überwiegend aus einer Richtung. In dieser Ausgestaltung wird es vorteilhaft möglich, die Steifigkeit besonders in dieser Richtung, gegebenenfalls auch zu Lasten der Gegenrichtung, zu verstärken, um diese Axiallasten besser abfangen zu können.
Es kann ferner vorteilhaft sein, dass das Wälzlager ein Rollenwälzlager, wie etwa ein Nadelwälzlager, oder ein Kugelwälzlager ist. Insbesondere bei Rollenwälzlagern können die Vorteile des Wälzlagers besonders effektiv sein. Denn insbesondere bei derartigen Wälzkörpern kann die Möglichkeit einer Verkippung geometriebedingt von Vorteil sein. Dies kann bei Kugellagern, beispielsweise, vergleichsweise weniger ins Gewicht fallen, wobei grundsätzlich eine Verkippung von Lagerbestandteilen auch bei Kugellagern, beispielsweise, von Vorteil sein kann.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Kavitäten frei sind oder dass die Kavitäten zumindest teilweise gefüllt sind. Unter freien Kavitäten kann dabei insbesondere verstanden werden, dass diese nicht mit Feststoff oder Flüssigkeit gefüllt sind und somit einen etwa gasgefüllten Hohlraum ausbilden. Eine zumindest teilweise gefüllte Kavität kann insbesondere bedeuten, dass zumindest zu einem Teil etwa ein Feststoff oder eine Flüssigkeit in der Kavität angeordnet ist. Dabei kann die Kavität zum Teil oder vollständig durch den Feststoff oder die Flüssigkeit gefüllt sein, wobei die Füllmenge von der Art und dem Aggregatszustand des Füllstoffs abhängen kann. Beispielsweise kann, wenn eine Herstellung der Struktur durch ein additives Verfahren erfolgt, pulverförmiges Ausgangsmaterial in den Kavitäten verbleiben, was die Herstellung vereinfachen kann. Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung das elastische Verhalten weiter angepasst werden, was die Anwendungsbreite weiter vergrößern kann. Aus letzterem wird ersichtlich, dass bei einer Befüllung mit einem nicht komprimierbaren Stoff, insbesondere einer Flüssigkeit, eine vollständige Befüllung unter Umständen nicht gewünscht ist.
Zusammenfassend ermöglicht es ein vorbeschriebenes Wälzlager durch einen speziell geformten, nicht massiven sondern mit Kavitäten versehenen und etwa porösen Bereich, der beispielsweise im Lagerring vorgesehen ist, die Elastizität in der Ringstruktur zu erhöhen und damit eine Verkippung innerhalb eines Rings zu ermöglichen. Dazu wird bevorzugt ein additives Fertigungsverfahren („Additive Manufacturing“) verwendet, das Formgebungen erlaubt, die in konventionellen Verfahren nicht oder nur mit einem nicht vertretbaren Aufwand gefertigt werden können.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Wälzlagers wird auf die Beschreibung des Verfahrens, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagers, wobei insbesondere unter Verwendung eines additiven Verfahrens ein Wälzlager mit einer Innenringanordnung, einer Außenringanordnung und einem zwischen Innenringanordnung und Außenringanordnung angeordnetem Wälzkörper, derart geformt wird, dass zum Ausbilden einer zumindest teilweisen elastischen Verformbarkeit wenigstens eine von der Innenringanordnung und der Außenringanordnung ein Innenringbauteil oder ein Außenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur mit Kavitäten aufweist.
Durch das vorbeschriebene Verfahren kann insbesondere ein Wälzlager geformt werden, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist. Dadurch ergeben sich insbesondere die vorbeschrieben Vorteile einer hohen Stabilität bei gleichzeitig ausbildbaren vorteilhaften elastischen Eigenschaften.
Darüber hinaus ermöglicht das vorbeschriebene Verfahren grundsätzlich eine einfache und ökonomische Herstellbarkeit, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist.
Beispielsweise kann es bevorzugt sein, dass das Wälzlager, wie etwa zumindest der Bereich umfassend die Stützstruktur, zumindest teilweise durch ein additives Verfahren geformt wird. Besonders bevorzugt kann das Wälzlager oder zumindest die Innenringanordnung und oder die Außenringanordnung 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.
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.
Unter Verwendung eines additiven Verfahrens bietet sich insbesondere der Vorteil, dass die entsprechenden Bauteile als Ganzes in einem einfachen Herstellungsschritt erzeugt werden können. 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 Kavitäten aufweisende Struktur ermöglicht werden, was eine Adaptierbarkeit insbesondere des Elastizitätsverhaltens weiter verbessern kann.
Ferner kann es beispielsweise unter Verwendung eines additiven Verfahrens besonders einfach gesteuert werden, dass etwa definierte Bestandteile des Lagers aus unterschiedlichen Materialien geformt sind, oder dass das gesamte Lager aus einem Material geformt ist.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung des Wälzlagers, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen.
Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei explizit darauf hingewiesen wird, dass der erfindungsgemäße Gegenstand nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausgestaltung eines Wälzlagers gemäß der Erfindung;
2 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausgestaltung eines Wälzlagers gemäß der Erfindung;
3 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausgestaltung eines Wälzlagers gemäß der Erfindung; und
4 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausgestaltung eines Wälzlagers gemäß der Erfindung.
In der 1 ist ein Wälzlager 10 mit einer Innenringanordnung 12, einer Außenringanordnung 14 und einem zwischen Innenringanordnung 12 und Außenringanordnung 14 angeordnetem Wälzkörper 16. Der Wälzkörper 16 ist zylindrisch ausgestaltet, so dass das Wälzlager 10 als Rollenwälzlager ausgestaltet ist. Dabei ist es ferner zu erkennen, dass zum Ausbilden eines elastischen Verhaltens der Außenringanordnung 14 diese wenigstens ein Außenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur 18 mit Kavitäten 20 aufweist.
Insbesondere ist in der 1 zu erkennen, dass das Außenringbauteil mit einer Kavitäten 20 aufweisenden Stützstruktur 18 ein mit dem Wälzkörper 16 in Kontakt stehender Lageraußenring 22 ist. Dabei ist die Stützstruktur 18 als elastischer Bereich eingebettet in einen radial inneren Bereich 24 und einen radial äußeren Bereich 26 jeweils aus Vollmaterial. Alternativ könnten der radial innere Bereich 24, die Stützstruktur 18 und der radial äußere Bereich 26 auch als getrennte Bauteile ausgestaltet sein.
In der 1 ist die Stützstruktur 18 dabei als Mäanderstruktur ausgebildet, beziehungsweise weisen die Kavitäten 20 eine Mäanderstruktur auf. Diesbezüglich sind die Kavitäten 20 durch wellenförmige Wandbereiche 28 voneinander getrennt. In der 1 sind die Wandbereiche 28 radial ausgerichtet. Durch die Ausrichtung der Wandbereiche 28, etwa diagonal, kann die räumliche Wirkung der Elastizität einstellbar sein. Somit zeigt 1 eine Ausgestaltung mit richtungsabhängiger Elastizität beziehungsweise Kippsteifigkeit.
In den 2, 3 und 4 sind weitere Ausgestaltungen eines Wälzlagers gezeigt, wobei die gleichen oder vergleichbare Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In der Ausgestaltung gemäß 2 weist die Stützstruktur 18 eine scheibenförmige Geometrie auf beziehungsweise sind die Kavitäten 20 scheibenförmig ausgestaltet und dabei radial ausgerichtet. Vergleichbar zu 1 kann durch die Ausrichtung der Kavitäten 20, etwa diagonal, die räumliche Wirkung der Elastizität einstellbar sein. Somit zeigt auch 2 eine Ausgestaltung mit richtungsabhängiger Elastizität beziehungsweise Kippsteifigkeit. Ferner gilt auch für 2, dass die Stützstruktur 18 als elastischer Bereich eingebettet in einen radial inneren Bereich 24 und einen radial äußeren Bereich 26, jeweils aus Vollmaterial, ist. Alternativ könnten der radial innere Bereich 24, die Stützstruktur 18 und der radial äußere Bereich 26 auch als getrennte Bauteile ausgestaltet sein.
In der 3 ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher die Stützstruktur 18 beziehungsweise die Kavitäten 20 eine Wabenstruktur aufweisen. Es gilt auch für 3, dass die Stützstruktur 18 als elastischer Bereich eingebettet in einen radial inneren Bereich 24 und einen radial äußeren Bereich 26, jeweils aus Vollmaterial, ist. Alternativ könnten der radial innere Bereich 24, die Stützstruktur 18 und der radial äußere Bereich 26 auch als getrennte Bauteile ausgestaltet sein.
In der 4 ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher die Stützstruktur 18 beziehungsweise die Kavitäten 20 eine Freiform, insbesondere eine Knochenform, aufweisen. Es gilt auch für 4, dass die Stützstruktur 18 als elastischer Bereich eingebettet in einen radial inneren Bereich 24 und einen radial äußeren Bereich 26, jeweils aus Vollmaterial, ist. Alternativ könnten der radial innere Bereich 24, die Stützstruktur 18 und der radial äußere Bereich 26 auch als getrennte Bauteile ausgestaltet sein.
Bezugszeichenliste

10: Wälzlager
12: Innenringanordnung
14: Außenringanordnung
16: Wälzkörper
18: Stützstruktur
20: Kavität
22: Lageraußenring
24: Bereich
26: Bereich
28: Wandbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2401544 A1 [0003]
DE 2841304 A1 [0004]
DE 19950731 [0005]
DE 102009004774 B3 [0006]
EP 1065374 A2 [0007]

Claims

Wälzlager mit einer Innenringanordnung (12), einer Außenringanordnung (14) und einem zwischen Innenringanordnung (12) und Außenringanordnung (14) angeordneten Wälzkörper (16), dadurch gekennzeichnet, dass es zum Ausbilden eines elastischen Verhaltens von wenigstens einer der Innenringanordnung (12) und der Außenringanordnung (14) vorgesehen ist, dass die Innenringanordnung (12) wenigstens ein Innenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur (18) mit Kavitäten aufweist (20), oder dass die Außenringanordnung (14) wenigstens ein Außenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur (18) mit Kavitäten aufweist (20).
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenringbauteil oder das Außenringbauteil zumindest teilweise durch ein additives Verfahren geformt ist.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inneringbauteil mit einer Kavitäten (20) aufweisenden Stützstruktur (18) ein mit dem Wälzkörper (16) in Kontakt stehender Lagerinnenring ist, oder dass ein Außenringbauteil mit einer Kavitäten (20) aufweisenden Stützstruktur (18) ein mit dem Wälzkörper (16) in Kontakt stehender Lageraußenring (22) ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inneringbauteil mit einer Kavitäten (20) aufweisenden Stützstruktur (18) ein radial innerhalb eines mit dem Wälzkörper (16) in Kontakt stehenden Lagerinnenrings angeordnetes Innenringbauteil ist, oder dass ein Außenringbauteil mit einer Kavitäten (20) aufweisenden Stützstruktur (18) ein radial außerhalb eines mit dem Wälzkörper (16) in Kontakt stehenden Lageraußenrings (22) angeordnetes Außenringbauteil ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenringbauteil mit einer Kavitäten (20) aufweisenden Stützstruktur (18) aus einem Metall oder Metallwerkstoff geformt ist, oder dass ein Außenringbauteil mit einer Kavitäten (20) aufweisenden Stützstruktur (18) aus einem Metall oder Metallwerkstoff geformt ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kavitäten (20) aufweisende Stützstruktur (18) eine Geometrie umfasst, die ausgewählt ist aus einer Wabenstruktur, Mäanderstruktur oder Scheibenstruktur.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kavitäten (20) aufweisende Stützstruktur (18) derart ausgestaltet ist, um ein richtungsabhängiges elastisches Verhalten zu ermöglichen.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (10) ein Rollenwälzlager, wie etwa ein Nadelwälzlager, oder ein Kugelwälzlager ist.
Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten (20) frei sind oder dass die Kavitäten (20) zumindest teilweise gefüllt sind.
Verfahren zum Herstellen eines Wälzlagers (10), dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere unter Verwendung eines additiven Verfahrens ein Wälzlager (10) mit einer Innenringanordnung (12), einer Außenringanordnung (14) und einem zwischen Innenringanordnung (12) und Außenringanordnung (14) angeordnetem Wälzkörper (16) derart geformt wird, dass es zum Ausbilden eines elastischen Verhaltens von wenigstens einer der Innenringanordnung (12) und der Außenringanordnung (14) ein Innenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur (18) mit Kavitäten (20) aufweist oder ein Außenringbauteil umfasst, das eine Stützstruktur (18) mit Kavitäten (20) aufweist.