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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Wälzlagerkäfig, insbesondere für ein Großwälzlager einer Windkraftanlage, wobei der Wälzlagerkäfig einen Grundkörper mit einer Mehrzahl von Wälzkörpertaschen jeweils zur Aufnahme eines Wälzkörpers oder mehrerer Wälzkörper aufweist.
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Aus dem Stand der Technik sind Wälzlager mit Käfigen zur Aufnahme der Wälzkörper wohlbekannt. Beispielsweise offenbaren die Druckschriften
DE 10 2015 101464 A1 und
DE 10 2012 101 651 A1 jeweils einen Wälzlagerkäfig, der zwischen einem Innenring und einem Außenring eines Wälzlagers angeordnet ist und mehrere Wälzkörpertaschen aufweist, in denen die Wälzkörper des Wälzlagers angeordnet sind. Die Aufgabe des Wälzlagerkäfigs ist es, die Wälzkörper auf einem gleichbleibenden Abstand zueinander zu halten. Hierfür können die Wälzlagerkäfige als offener oder geschlossener Ring oder aus einer Mehrzahl von Segmenten gebildet sein.
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Grundsätzlich ist man bei solchen Wälzlagern stets bemüht, die Reibung zwischen den beweglichen Teilen zu minimieren, um den Verschleiß zu reduzieren und die Standzeit des Wälzlagers zu erhöhen. Die gilt insbesondere für Großwälzlager, bei denen ein nachträglicher Austausch des Wälzlagers oder einzelner Lagerkomponenten wegen übermäßiger Abnutzung mit erheblichen Kosten verbunden ist und nur unter großem Aufwand erfolgen kann. Bekannterweise werden diese Wälzlager daher mit Schmiermittel, beispielsweise Schmierfett oder Schmieröl, geschmiert. Eine Herausforderung ist es, die Versorgung der Wälzkörper mit ausreichend Schmiermittel nicht nur nach der Erstschmierung sondern über die gesamte Lebensdauer des Wälzlagers sicherzustellen. Dies gilt umso mehr bei Wälzlagern, die vergleichsweise enge Lagerspalte aufweisen, da ein engerer Lagerspalt einerseits nur eine geringere Menge von Schmiermittel aufnehmen kann, wodurch sich die Gefahr einer potentiellen Schmiermittelunterversorgung erhöht, und andererseits die negativen Auswirkungen einer Schmiermittelunterversorgung bei einem Wälzlager mit engerem Lagerspalt größer sind, da aufgrund des engen Lagerspalt schon eine geringe Temperaturerhöhung, hervorgerufen durch die Schmiermittelunterversorgung, zu einer erhöhten Reibung im Wälzlager führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wälzlagerkäfig und ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen, bei welchen die Gefahr einer Unterversorgung mit Schmiermittel reduziert ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Wälzlagerkäfig, insbesondere für ein Großwälzlager einer Windkraftanlage, wobei der Wälzlagerkäfig einen Grundkörper mit einer Mehrzahl von Wälzkörpertaschen jeweils zur Aufnahme wenigstens eines Wälzkörpers aufweist und wobei ferner der Grundkörper wenigstens eine Schmiermittelnut aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass beim Drehen des Wälzlagers Schmiermittel durch die Schmiermittelnut in Richtung des wenigstens einen in einer Wälzkörpertasche angeordneten Wälzkörpers transportiert wird.
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Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass der Wälzlagerkäfig zu einer verbesserten Schmiermittelverteilung im Wälzlager führt, wodurch die Gefahr einer Unterversorgung mit Schmiermittel und somit der Verschleiß reduziert wird. Dies wird durch die zusätzlich in den Grundkörper eingebrachte Schmiermittelnut erreicht, welche im Betrieb des Wälzlagers, also wenn sich ein Innenring und ein Außenring des Wälzlagers gegeneinander drehen, zu einem Transport von Schmiermittel in Richtung des oder der in der Wälzkörpertasche angeordneten Wälzkörper(s) führt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmiermittelnut eine einseitig offene Vertiefung umfasst, welche auf einer einem Außenring des Wälzlagers zugewandten Außenseite des Wälzlagerkäfigs ausgebildet ist oder welche auf einer einem Innenring des Wälzlagers zugewandten Außenseite des Wälzlagerkäfigs ausgebildet ist. Vorteilhafterweise wird somit während des Betriebs im Lagerspalt des Wälzlagers Schmiermittel von einem Lagerring des Wälzlagers, also dem Außenring oder dem Innenring des Wälzlagers, abgeschabt und durch die Schmiermittelnut in Richtung der Wälzkörpertaschen und somit in Richtung der Wälzkörper transportiert. Auf diese Weise werden die Wälzkörper und somit auch die Laufbahnen des Wälzlagers während des Betriebs beständig mit Schmiermittel versorgt und die Gefahr einer Unterversorgung mit Schmiermittel reduziert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper zwei Seitenträger umfasst, welche durch eine Mehrzahl von Querträgern miteinander verbunden sind, wobei sich die Querträger im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Wälzkörper erstrecken. Vorzugsweise sind die Seitenträger als umlaufende Ringe oder als separate Ringsegmente ausgebildet. Denkbar ist, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern ein Querträger angeordnet ist, so dass in jeder Wälzkörpertasche nur ein Wälzkörper aufgenommen wird und benachbarte Wälzkörper vorteilhaferweise voneinander beabstandet werden. Die Wälzkörperkette kann sich somit vorteilhafterweise nicht aufschieben. Die Wälzkörpertaschen werden dabei jeweils durch Teilbereiche der zwei Seitenträger sowie zwei Querträger gebildet bzw. begrenzt, wobei die Stirnseiten der Wälzkörper in Kontakt mit den beiden Seitenträgern sind oder den beiden Seitenträgern zumindest jeweils zugewandt sind, während die Laufseiten bzw. Laufflächen der Wälzkörper in Kontakt mit den Querträgern sind oder sich zumindest parallel zu den Querträgern erstrecken. Die Wälzkörper sind vorzugsweise lose in den Wälzkörpertaschen aufgenommen. Alternativ wäre aber auch denkbar, dass jeweils eine Drehachse der Wälzkörper im Bereich der Seitenträger fixiert ist. Der Grundkörper ist insbesondere aus Stahl oder vorzugsweise aus Bronze gefertigt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmiermittelnut eine einseitig offene Vertiefung umfasst, welche zumindest teilweise auf einer einem Außenring des Wälzlagers zugewandten Oberfläche des Seitenträgers ausgebildet ist oder welche zumindest teilweise auf einer einem Innenring des Wälzlagers zugewandten Oberfläche des Seitenträgers ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise wird somit über den Seitenträger hinweg Schmiermittel vom Kontaktbereich zwischen dem Seitenträger und dem Lagerring in Richtung der Wälzkörper transportiert. Vorzugsweise ist die Schmiermittelnut zumindest teilweise in einem Übergangsbereich zwischen dem Seitenträger und einem Querträger ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Wälzkörperkäfig in diesem Bereich besonders stabil, da er hier durch die Verbindung mit dem Querträger ausgesteift wird, so dass das Einbringen der Schmiermittelnut in den Seitenträger nicht zu einer mechanischen Schwächung und insbesondere zur Ausbildung einer Sollbruchstelle des Wälzkörperkäfigs führt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schmiermittelnut eine Haupterstreckungsrichtung aufweist, welche sich innerhalb einer zur Drehachse des Wälzlagers konzentrisch verlaufenden Umfangsebene erstreckt und/oder welche winklig zur Haupterstreckung der Seitenträger in Umfangsrichtung und winklig zur Haupterstreckung der Querträger ausgerichtet ist, wobei die Haupterstreckungsrichtung vorzugsweise die Winkelhalbierende zwischen der Haupterstreckungsrichtung des Seitenträgers und der Haupterstreckungsrichtung des Querträgers umfasst. Der Wortlaut winklig im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass sich die Schmiermittelnut in einem Winkel zwischen 10 und 80 Grad, bevorzugt zwischen 30 und 60 Grad, besonders bevorzugt zwischen 40 und 50 Grad und ganz besonders bevorzugt von im Wesentlichen 45 Grad zur Haupterstreckung der Seitenträger und/oder zur Haupterstreckung der Querträger erstreckt. Die Schmiermittelnut erstreckt sich somit schräg vom Lagerring in Richtung der Wälzkörpertasche, so dass sie im Betrieb des Wälzlagers durch die Relativbewegung zwischen dem Wälzlagerkäfig und Lagerring Schmiermittel von dem Lagerring in Richtung der Wälzkörpertasche „schaufelt“, also aktiv transportiert. Die Wandung der in Rotationsrichtung des Wälzlagerkäfigs rückwärtigen Mündung der Schmiermittelnut fungiert insbesondere als Schaber, der das Schmiermittel von der Oberfläche des Lagerrings abschabt und in bzw. durch die Schmiermittelnut befördert. Die Haupterstreckung der Schmiermittelnut im Sinne der vorliegenden Erfindung erstreckt sich insbesondere nicht senkrecht zu den Seitenträgern und senkrecht zu den Querträgern, also von einer zum Innenring gerichteten Oberfläche des Wälzlagerkäfigs zu einer zum Außenring gerichteten Oberfläche des Wälzlagerkäfigs.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Oberfläche beider Seitenträger jeweils wenigstens eine Schmiermittelnut ausgebildet ist, wobei die Haupterstreckungsrichtung der wenigstens einen Schmiermittelnut auf dem einen Seitenträger anders orientiert gegenüber der Haupterstreckungsrichtung der wenigstens einen Schmiermittelnut auf dem anderen Seitenträger ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist die Haupterstreckungsrichtung der wenigstens einen Schmiermittelnut auf dem einen Seitenträger winklig gegenüber der wenigstens einen Schmiermittelnut auf dem anderen Seitenträger ausgerichtet, wobei die wenigstens eine Schmiermittelnut auf dem einen Seitenträger entlang der Spiegelebene gegenüber der wenigstens einen Schmiermittelnut auf dem anderen Seitenträger, insbesondere um ein, zwei oder drei Wälzlagertaschen, versetzt ist. Die Haupterstreckungsrichtung der Schmiermittelnut auf dem einen Seitenträger und die Haupterstreckungsrichtung der Schmiermittelnut auf dem anderen Seitenträger verlaufen insbesondere in einem Winkel zwischen 40 und 140 Grad, bevorzugt zwischen 60 und 110 Grad und besonders bevorzugt zwischen 85 und 95 Grad und ganz besonders bevorzugt von im Wesentlichen 90 Grad zueinander. In vorteilhafter Weise wird somit beim Betrieb des Wälzlagers abwechselnd von beiden Seiten des Wälzlagerkäfigs Schmiermittel aus dem Lagerspalt in Richtung der Wälzkörpertasche transportiert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von Schmiermittelnuten sowohl auf der Oberfläche des einen Seitenträgers als auch auf der Oberfläche des anderen Seitenträgers angeordnet sind, wobei die Mehrzahl von Schmiermittelnuten in Umfangsrichtung auf jedem Seitenträger in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens einer der beiden Seitenträger eine Seitenfläche aufweist, welche auf einer den Wälzkörpertaschen abgewandten Außenseite ausgebildet ist und sich zwischen der dem Außenring zugewandten Oberfläche und der dem Innenring zugewandten Oberfläche erstreckt, wobei in die Seitenfläche wenigstens eine Schmiermittelverteilungsvertiefung eingebracht ist. Vorteilhafterweise dient die Schmiermittelverteilungsvertiefung als Reservoir für Schmiermittel, so dass die Verteilung des Schmiermittels durch den Wälzlagerkäfig erfolgt. Dies sorgt insbesondere bei Wälzlagern mit engen Lagerspalten für eine deutlich verbesserte Schmiermittelversorgung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass sich wenigstens eine Schmiermittelverteilungsvertiefung und eine Schmiermittelnut am gleichen Seitenträger in Umfangsrichtung gegenseitig überlappen. Mit anderen Worten: Eine Öffnung wenigstens einer Schmiermittelnut mündet jeweils in wenigstens eine Schmiermittelverteilungsvertiefung. Vorteilhafterweise kann somit Schmiermittel aus der Schmierverteilungsvertiefung durch die Schmiermittelnut unmittelbar zum Wälzkörper transportiert werden. Vorzugsweise sind beide Seitenträger jeweils mit wenigstens einer Schmiermittelverteilungsvertiefung und vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Schmiermittelverteilungsvertiefungen versehen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wälzlager aufweisend einen Innenring und einen Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring eine Mehrzahl von Wälzkörpern angeordnet sind, wobei die Wälzkörper in Wälzlagertaschen des erfindungsgemäßen Wälzlagerkäfigs angeordnet sind.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Wälzlagers mit einem Wälzlagerkäfig gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Wälzlagers 1 mit einem Wälzlagerkäfig 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Das Wälzlager 1 umfasst eine dreireihige Rollendrehverbindung, d.h. das Wälzlager 1 umfasst einen Innenring 3 und einen Außenring 4, welche relativ zueinander um eine Drehachse drehbar sind. Zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 4 sind hierfür drei Reihen von zylinderförmigen Wälzkörpern 5 angeordnet, die auf entsprechenden Laufbahnen sowohl am Innenring 3 als auch am Außenring 4 ablaufen. Der Innenring 3 umfasst im vorliegenden Beispiel eine in Richtung des Außenrings 4 radial abstehende, umlaufende Nase 6, die in eine entsprechende umlaufende Nut des Außenrings 4 vorsteht. Der Innenring 3 wird daher mitunter auch als „Nasenring“ bezeichnet. Die Reihe von Wälzkörpern 5, die auf der Stirnseite der Nase 6 ablaufen bilden ein Radiallager, während die beiden Reihen von Wälzkörpern 5, die auf den beiden gegenüberliegenden Flanken der Nase 6 ablaufen jeweils ein Axiallager bilden.
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Das Wälzlager 1 umfasst für jede der drei Reihen von Wälzkörpern 5 jeweils einen Wälzlagerkäfig 2, wobei die Wälzkörper 5 einer jeden Reihe von Wälzkörpern 5 jeweils in Wälzkörpertaschen 7 der Wälzlagerkäfige 2 angeordnet sind.
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Die Wälzlagerkäfige 2 umfassen jeweils einen Grundkörper 8, der vorzugsweise aus Bronze gefertigt ist (alternativ wäre auch Stahl denkbar). Der Grundkörper 8 weist zwei Seitenträger 9 auf, die als umlaufende Ringe oder als mehrteilige Ringsegmente jeweils konzentrisch zur Drehachse des Wälzlagers 1 verlaufen. Die beiden Seitenträger 9 sind mittels einer Mehrzahl von Querträgern 10 miteinander verbunden. Die Seitenträger 9 und die Querträger 10 sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Denkbar ist beispielsweise, dass der Grundkörper 8 aus einem Stück Stahl oder Bronze gefräst ist. Die Querträger 10 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu den Drehachsen der Wälzkörper 5, wobei im vorliegenden Beispiel jeder Querträger 10 zwei benachbarte Wälzkörper 5 voneinander separiert und in Umfangsrichtung auf Abstand zueinander hält. Jede Wälzkörpertasche 7 enthält somit genau einen Wälzkörper 5 und der Wälzkörperkäfig 2 verhindert in typischer Weise ein Aufschieben der Wälzkörperkette unter Belastung. Vorzugsweise sind die Wälzkörper 5 jeweils lose in den Wälzkörpertaschen 7 angeordnet.
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Der Grundkörper 8 weist mehrere Schmiermittelnuten 12 auf, welche jeweils derart ausgebildet sind, dass beim Drehen des Wälzlagers 1 Schmiermittel (nicht abgebildet) durch die Schmiermittelnut 12 in Richtung des in einer benachbarten Wälzkörpertasche 7 angeordneten Wälzkörpers 5 transportiert wird. Zu diesem Zweck umfasst jede Schmiermittelnut 12 eine einseitig offene Vertiefung in der Oberfläche eines Seitenträgers 9. Die Schmiermittelnut 12 verläuft jeweils sowohl schräg zu den Seitenträgern 9 als auch schräg zu den Querträgern 10. Denkbar ist, dass die Haupterstreckung der Schmiermittelnut 12 stets ungefähr die Winkelhalbierende zwischen der Erstreckung der Seitenträger 9 und der Querträger 10 darstellt. Die Schmiermittelnuten 12 sind im vorliegenden Beispiel jeweils im Übergangsbereich zwischen einem Seitenträger 9 und einem Querträger 10 ausgebildet. Die Schmiermittelnut 12 ist somit derart ausgebildet, dass sie im Betrieb des Wälzlagers 1 durch die Relativbewegung zwischen dem Wälzlagerkäfig 2 und dem Innen- und/oder Außenring 3, 4 Schmiermittel von dem Innen- und/oder Außenring 3, 4 in Richtung der Wälzkörpertasche 7 „schaufelt“, also aktiv transportiert, wodurch sich die Schmiermittelversorgung des Wälzlagers 1 erheblich verbessert, insbesondere bei Wälzlagern 1 mit vergleichsweise geringen Lagerspalten. Die in Rotationsrichtung des Wälzlagerkäfigs 2 hintere Wandung der Mündung der Schmiermittelnut 12 fungiert dabei insbesondere als Schaber, der das Schmiermittel von der Oberfläche des Innen- und/oder Außenrings 3, 4 abschabt und in bzw. durch die Schmiermittelnut 12 befördert.
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Die Schmiermittelnuten 12 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel in beiden Seitenträgern 9 und jeweils auf beiden Seiten der Seitenträger 9, also auf der dem Innenring 3 zugewandten Oberfläche des jeweiligen Seitenträgers 9 und auf der dem Außenring 4 zugewandten Oberfläche des jeweiligen Seitenträgers 9 ausgebildet. Die Schmiermittelnuten 12 auf einer Seite beider Seitenträger 9, also auf der dem Innenring 3 zugewandten Oberfläche der Seitenträger 9 oder auf der dem Außenring 4 zugewandten Oberfläche der Seitenträger 9, sind entlang der Haupterstreckung der Seitenträger 9, also in Umfangsrichtung bezogen auf die Drehachse des Wälzlagers 1, zueinander versetzt angeordnet und mit anderer Orientierung ausgebildet sind. Die Haupterstreckungsrichtung der Schmiermittelnuten 12 auf dem einen Seitenträger 9 und die Haupterstreckungsrichtung der Schmiermittelnuten 12 auf dem anderen Seitenträger 9 verlaufen hierbei in einem Winkel von im Wesentlichen 90 Grad zueinander. In vorteilhafter Weise wird somit beim Betrieb des Wälzlagers abwechselnd von beiden Seiten des Wälzlagerkäfigs Schmiermittel aus dem Lagerspalt in Richtung der Wälzkörpertasche transportiert. Denkbar ist, dass dabei die Schmiermittelnuten 12 auf dem einen Seitenträger 9 entlang der Spiegelebene gegenüber den Schmiermittelnuten 12 auf dem anderen Seitenträger 9 genau um zwei oder drei Wälzlagertaschen 7 versetzt ist.
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Die Seitenträger 9 weisen ferner Schmiermittelverteilungsvertiefungen 13 auf. Die Schmiermittelverteilungsvertiefungen 13 sind dabei jeweils auf einer den Wälzkörpertaschen 7 abgewandten Seitenfläche der Seitenträger 9 ausgebildet. Diese Seitenfläche erstreckt sich ferner zwischen der dem Außenring 4 zugewandten Oberfläche und der dem Innenring 3 zugewandten Oberfläche des jeweiligen Seitenträgers 9. In Wandung der Schmiermittelverteilungsvertiefungen 13 sorgen zusätzlich für eine verbesserte Schmiermittelverteilung innerhalb des Wälzlagers 1, während die Schmiermittelverteilungsvertiefungen 13 selbst als Schmiermittelreservoir fungieren.
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Die Schmiermittelverteilungsvertiefungen 13 und die Schmiermittelnuten 12 sind in Umfangsrichtung entlang der Seitenträger 9 jeweils derart relativ zueinander angeordnet, dass die in Vorzugsdrehrichtung des Wälzlagers 1 gesehen hintere Wandung einer jeden Schmiermittelverteilungsvertiefung 13 mit einer Schmiermittelnut 12 korrespondiert, so dass beim Betrieb des Wälzlagers 1 Schmiermittel aus der Schmiermittelverteilungsvertiefung 13 durch die korrespondierende Schmiermittelnut 12 zu den Wälzkörpern 5 transportiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Wälzlagerkäfig
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörper
- 6
- Nase
- 7
- Wälzkörpertasche
- 8
- Grundkörper
- 9
- Seitenträger
- 10
- Querträger
- 11
- Drehachse
- 12
- Schmiermittelnut
- 13
- Schmiermittelverteilungsvertiefung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015101464 A1 [0002]
- DE 102012101651 A1 [0002]
