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Die Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung , umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring, einem Außenring, Wälzkörpern und einem Käfig , wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring drehbar in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn und der Außenringlaufbahn wälzen, wobei die Wälzkörper als Wälzkörperrollen ausgebildet sind.
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Stand der Technik
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Wälzlager sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Wälzlager sind Lager, bei denen zwei zueinander bewegliche Bauteile, der so genannte Innenring sowie der Außenring, durch rollende Wälzkörper getrennt werden. Im Betrieb rollen diese Wälzkörper zwischen Innen- und Außenring ab. Üblicherweise werden Wälzlager auf Achsen oder Wellen montiert und in ein Lagergehäuse eingefügt.
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Bei vielen Applikationen ist es von Bedeutung, dass Wälzlager besonders laufruhig und vibrationsarm betrieben werden können.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes, ein Wälzlager mit einer besonders hohen Laufruhe und einer besonders hohen Vibrationsdämpfung bereitzustellen. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung, ein besonders gewichtsarmes Wälzlager auszubilden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Wälzlageranordnung , umfassend ein Wälzlager mit einem Innenring , einem Außenring , Wälzkörpern und einem Käfig , wobei der Innenring eine Innenringlaufbahn aufweist und der Außenring eine Außenringlaufbahn aufweist, wobei die Wälzkörper zwischen Innenring und Außenring drehbar in dem Käfig voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn und der Außenringlaufbahn wälzen, wobei die Wälzkörper als Wälzkörperrollen ausgebildet sind, wobei der Käfig als Taschenkäfig konfiguriert ist, umfassend Taschenkäfigringe , die in axialer Richtung beabstandet durch Taschenkäfigaxialtrennstege miteinander verbunden sind, so dass zwischen benachbarten Taschenkäfigaxialtrennstegen Käfigtaschen ausgebildet sind, in denen die Wälzkörperrollen aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege als Hohlprofil ausgeformt sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass ein besonders geräusch- und vibrationsarmer Lauf eines Wälzlagers bewirkt werden kann. Die Vibrationsdämpfung hat auch einen positiven Einfluss auf die Langlebigkeit des Wälzlagers. Ferner kann durch die Ausgestaltung der Taschenkäfigaxialtrennstege als Hohlprofil, eine Gewichtsreduktion des Wälzlagers erzielt werden.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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Wälzlager
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Wälzlager dienen dazu, Drehbewegungen und/oder Drehmomente mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu übertragen. Wälzlager werden insbesondere zur Fixierung von Achsen und Wellen eingesetzt, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen.
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Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers rollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring üblicherweise auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen, ist die Rollreibung dieser Lager relativ gering.
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Innenring
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Der Innenring verbindet die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern. Dabei wird die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden. Auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn wälzen die Wälzkörper des Wälzlagers.
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Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein.
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Außenring
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Der Außenring verbindet die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern. Dabei wird die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden. Auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn wälzen die Wälzkörper des Wälzlagers.
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Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein.
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Wälzkörper
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings ab und haben die Aufgabe, die auf das Wälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen.
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Käfig
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Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst gering gehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann.
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Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein. Ferner kann der Käfig aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem metallischen Material gebildet sein.
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Innenringlaufbahn
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Die Wälzkörper wälzen innerhalb des Wälzlagers auf der Innenringlaufbahn des Innenrings ab. Hierzu muss die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein.
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Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Außenringlaufbahn
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Die Wälzkörper wälzen innerhalb des Wälzlagers auf der Außenringlaufbahn des Außenrings ab. Hierzu muss die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein.
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Wälzkörperrollen
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Wälzkörperrollen verfügen im Vergleich zu Wälzkörperkugeln, welche eine punktförmige Berührung auf den Laufbahnen von Außen- und/oder Innenring aufweisen, über eine linienförmige Berührung und folglich über eine größere Auflagefläche. Hierdurch können Wälzkörperrollen bei hoher Steifigkeit wesentlich höhere Radiallasten aufnehmen als Wälzkörperkugeln.
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Wälzkörperrollen können Beispielsweise als Zylinderrollen, Nadelrollen, Kegelrollen oder Pendelrollen ausgebildet sein.
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Zylinderrollen von Wälzlagern sind geometrisch als Kreiszylinder ausgebildet. Sie verfügen im Vergleich zu Wälzkörperkugeln über eine größere Auflagefläche an den Laufbahnen von Außen- und Innenring. Hierdurch können Zylinderrollen wesentlich höhere Radiallasten aufnehmen als Wälzkörperkugeln.
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Nadelrollen von Wälzlagern sind geometrisch als Kreiszylinder ausgebildet, die über eine sehr große Länge im Verhältnis zum Wälzkörperdurchmesser verfügen. In der Regel spricht man bei einem Längen-/Durchmesserverhältnisses einer kreiszylindrischen Wälzkörperrolle >2,5 von einer Nadelrolle. Mittels Nadelrollen lassen sich besonders kompakte Wälzlager, sog. Nadellager, realisieren.
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Kegelrollen von Wälzlagern sind geometrisch als Kegelstumpf ausgebildet. Sie verfügen im Vergleich zu Wälzkörperkugeln über eine größere Auflagefläche an den Laufbahnen von Außen- und Innenring. Hierdurch können Kegelrollen wesentlich höhere Radiallasten aufnehmen als Wälzkörperkugeln. Durch die kegelstumpfförmige Ausbildung der Wälzkörperrollen, können Kegelrollenlager hohe Kräfte sowohl in axialer als auch in radialer Richtung aufnehmen. Um ein schlupffreies Wälzlager auszugestalten, treffen sich die Rotationsachsen aller Kegelrollen in einem Punkt auf der Drehachse eines Kegelrollenlagers.
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Pendelrollen werden zum Aufbau von Pendelrollenlagern verwendet. Pendelrollenlager sind ein-, häufig zweireihige Wälzlager, bestehend aus massiven Außenringen mit hohlkugeliger Außenringlaufbahn, massiven Innenringen sowie Tonnenrollen bzw. Pendelrollen mit Käfigen. Die symmetrischen Tonnenrollen bzw. Pendelrollen stellen sich auf der hohlkugeligen Außenringlaufbahn zwanglos ein. Dadurch werden Wellendurchbiegungen und Fluchtungsfehler der Lagersitzstellen ausgeglichen.
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Besonders bevorzugte Ausführungsformen
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege wenigstens zwei konvexe Abschnitte auf beiden Seiten der Käfigtaschen in axialer Richtung aufweisen, um die Wälzkörperrollen in einer parallelen Ausrichtung zueinander zu halten. Hierdurch kann erreicht werden, dass hierdurch eine besonders stabile und definierte Führung der Wälzkörperrollen erreicht werden kann.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass der Taschenkäfig teilweise oder vollständig aus Kunststoff gefertigt ist, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung des Taschenkäfigs ermöglicht ist bei gleichzeitig guter Vibrations- wie auch Schalldämmung.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege aus Kunststoff gefertigt sind, wodurch auch eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung des Taschenkäfigaxialtrennstege ermöglicht ist und ferner eine gute Vibrations- wie auch Schalldämmung bereitgestellt wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 Wälzlageranordnung nach dem Stand der Technik
- 2 einen erfindungsgemäßen Käfig in einer perspektivischen, isometrischen Ansicht
- 3 erfindungsgemäßen Käfig in einer perspektivischen Ansicht
- 4 Detailansicht der Taschenkäfigaxialtrennstege
- 5 Querschnittansicht des Käfigs
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Die 1 zeigt eine Wälzlageranordnung 1, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, umfassend ein Wälzlager 2 mit einem Innenring 3, einem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und einem Käfig 6. Der Innenring 3 weist eine Innenringlaufbahn 7 auf und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8. Die Wälzkörper 5 sind zwischen dem Innenring 3 und Außenring 4 drehbar in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet. Die Wälzkörper 5 wälzen durch den Käfig 6 geführt auf der Innenringlaufbahn 7 und der Außenringlaufbahn 8. Die Wälzkörper 5 sind als Wälzkörperrollen 9 ausgebildet. Der Käfig 6 ist als Taschenkäfig 10 konfiguriert. Hierauf wird nachfolgend noch näher eingegangen.
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Die 2 zeigt einen Detailausschnitt eines Käfigs 6 der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung 1, wobei die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 in einer isometrischen Querschnittsansicht abgebildet sind. Obwohl in 2 nicht gezeigt, umfasst ein erfindungsgemäßes Wälzlager 2 ein Innenring 3, ein Außenring 4, Wälzkörper 5 und einen Käfig 6. Diese Elemente wurden bereits anhand von 1 erläutert. Wie in 1, weist das erfindungsgemäße Wälzlager 2 einen Innenring 3 eine Innenringlaufbahn 7 auf und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8, wobei die Wälzkörper 5 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 drehbar in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet sind. Ebenfalls wie in 1, wälzen die Wälzkörper 5 auf der Innenringlaufbahn 7 und der Außenringlaufbahn 8. Die Wälzkörper 5 sind wie in 1 als Wälzkörperrollen 9 ausgebildet. Wie aus 2 ersichtlich, ist der Käfig 6 als Taschenkäfig 10 konfiguriert. Der Taschenkäfig 10 ist gebildet aus zwei Taschenkäfigringen 11, wobei in 2 lediglich ein Taschenkäfigring 11 abschnittsweise dargestellt ist. Vom Taschenkäfigring 11 erstreckt sich in axialer Richtung ein Taschenkäfigaxialtrennsteg 12. Wie aus 2 besonders gut ersichtlich ist, sind die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 als Hohlprofil ausgeformt. Die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 weisen konvexe Abschnitte 14 auf, die zur Führung der Wälzkörperrollen 9 vorgesehen sind.
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Die 2 zeigt ferner, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 wenigstens zwei konvexe Abschnitte 14 auf beiden Seiten der Käfigtaschen 13 in axialer Richtung aufweisen, um die Wälzkörperrollen 9 in einer parallelen Ausrichtung zueinander zu halten.
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Die 3 zeigt den Käfig 6, der als Taschenkäfig 10 konfiguriert ist. Der Taschenkäfig 10 weist Taschenkäfigringe 11 auf, die in axialer Richtung beabstandet durch Taschenkäfigaxialtrennstege 12 miteinander verbunden sind, so dass zwischen benachbarten Taschenkäfigaxialtrennstegen 12 Käfigtaschen 13 ausgebildet sind. In den Käfigtaschen 13 werden die Wälzkörperrollen 9 aufgenommen, wobei die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 als Hohlprofil ausgeformt sind, was jedoch der 3 nicht entnommen werden kann.
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Die 3 zeigt auch noch einmal, dass die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 wenigstens zwei konvexe Abschnitte 14 auf beiden Seiten der Käfigtaschen 13 in axialer Richtung aufweisen, um die Wälzkörperrollen 9 in einer parallelen Ausrichtung zueinander zu halten.
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Der Taschenkäfig 10, wie er in 3 gezeigt ist, ist teilweise oder vollständig aus Kunststoff gefertigt.
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4 zeigt eine Detailansicht des aus 3 bekannten Taschenkäfigs 10, um einige Details noch deutlicher darzustellen. Die Beschreibung von 3 gilt analog für 4, insofern wird hierauf verwiesen.
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In der Querschnittsansicht von 5 ist gut ersichtlich, wie eine Wälzkörperrolle 9 in einer Käfigtasche 13 zwischen zwei Taschenkäfigaxialtrennstegen 12 angeordnet und von diesen geführt ist. Die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 ragen dabei orthogonal von dem Taschenkäfigring 11 ab. Die Taschenkäfigaxialtrennstege 12 sind als Hohlprofil ausgebildet, was ebenfalls gut aus der 5 entnehmbar ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Innenring
- 4
- Außenring
- 5
- Wälzkörpern
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- Wälzkörperrollen
- 10
- Taschenkäfig
- 11
- Taschenkäfigringe
- 12
- Taschenkäfigaxialtrennstege
- 13
- Käfigtaschen
- 14
- konvexe Abschnitte
