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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 eine erste Gruppe von Wälzkörpern als Wälzkörperkugeln und eine zweite Gruppe von Wälzkörpern als Wälzkörperrollen ausgebildet sind, wobei der Käfig eine Mehrzahl von Käfigtaschen aufweist, wobei eine erste Gruppe von Käfigtaschen zur Aufnahme der Wälzkörperkugeln und eine zweite Gruppe von Käfigtaschen zur Aufnahme der Wälzkörperrollen vorgesehen ist, wobei die Wälzkörperkugeln und die Wälzkörperrollen in Umfangsrichtung des Käfigs abwechselnd in den Taschen angeordnet sind.
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Wälzlager sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zur Aufnahme von kombinierten Axial- und Radialkräften sind Kombinationen von Rollen- und Kugelwälzlagern ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Beispiele für derartig gattungsbildende Wälzlagerkonfigurationen finden sich unter anderem in
DE102016202107A1 oder
DE102016204188A1 .
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Besondere Herausforderung an derartige Lager stellen landwirtschaftliche Anwendungen, wie zum Beispiel in landwirtschaftlichen Maschinen bzw. Fahrzeugen wie Traktoren. Aufgrund des befahrenen Untergrunds weisen derartige Anwendungsfälle sehr herausfordernde Belastungsprofile für Wälzlager auf.
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Im Lichte des vorbekannten Standes der Technik ist es somit die Aufgabe des Erfindungsgegenstandes, eine für insbesondere landwirtschaftliche Anwendungen optimierte Wälzlageranordnung bereit zu stellen.
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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 eine erste Gruppe von Wälzkörpern als Wälzkörperkugeln und eine zweite Gruppe von Wälzkörpern als Wälzkörperrollen ausgebildet sind, wobei der Käfig eine Mehrzahl von Käfigtaschen aufweist, wobei eine erste Gruppe von Käfigtaschen zur Aufnahme der Wälzkörperkugeln und eine zweite Gruppe von Käfigtaschen zur Aufnahme der Wälzkörperrollen vorgesehen ist, wobei die Wälzkörperkugeln und die Wälzkörperrollen in Umfangsrichtung des Käfigs abwechselnd in den Taschen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperkugeln sich paarweise in axialer Richtung gegenüberliegend in entsprechenden Käfigtaschen angeordnet sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine besonders gute Axial- und Radiallastaufnahme der Wälzlageranordnung gewährleistet ist.
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Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchswortlaut erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
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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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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. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein.
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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. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein.
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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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Das Wälzlager weist einen Käfig auf, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig ist so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst gering gehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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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. 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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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 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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Die Innenringlaufbahn kann Innenringlaufrillen zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweisen. Hierdurch werden die Wälzkörper in einer definierten Weise in bzw. auf der Innenringlaufbahn geführt. Ferner können durch die geometrische Ausgestaltung der Innenringlaufrillen, die axiale und radiale Kraftaufnahme des Wälzlagers beeinflusst werden.
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Die Außenringlaufbahn kann Außenringlaufrillen zur Aufnahme von Wälzkörpern aufweisen. Hierdurch werden die Wälzkörper in einer definierten Weise in bzw. auf der Außenringlaufbahn geführt. Ferner können durch die geometrische Ausgestaltung der Außenringlaufrillen, die axiale und radiale Kraftaufnahme des Wälzlagers beeinflusst werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Wälzkörperkugeln paarweise in jeweils einer im Innenring und Außenring ausgebildeten nutartigen Innenringlaufrille und Außenringlaufrille geführt werden, wodurch insbesondere die Axialkraftaufnahme der Wälzlageranordnung weiter verbessert werden kann.
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Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, dass die Innenringlaufbahn und die Außenringlaufbahn der Wälzkörperrollen zwischen der Innenringlaufrille und der Außenringlaufrille angeordnet sind, so dass eine besonders hohe Axialkraftaufnahme bei besonders kompakten Bauvolumina der Wälzlageranordnung erzielt werden kann.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann es ferner bevorzugt sein, dass der Innenring und der Außenring mit einem Kunststoff zumindest teilweise ummantelt sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine gewichtsoptimierte Wälzlageranordnung ausgebildet werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 die erfindungsgemäße Wälzkörperanordnung in einer perspektivischen Explosionsansicht
- 2 die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung im zusammengebauten Zustand
- 3 den Käfig der Wälzlageranordnung in einer perspektivischen Detailansicht
- 4 den Innenring der Wälzlageranordnung in einer perspektivischen Detailansicht
- 5 die Wälzlageranordnung in einer Querschnittsansicht
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung 1, 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 Innenring 3 und Außenring 4 drehbar in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet und wälzen auf der Innenringlaufbahn 7 und der Außenringlaufbahn 8.
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Die Wälzlageranordnung 1 besitzt eine erste Gruppe von Wälzkörpern 9, die als Wälzkörperkugeln 10, und eine zweite Gruppe von Wälzkörpern 11, die als Wälzkörperrollen 12 ausgebildet sind. Die Gruppen sind jeweils durch die gestrichelten Kreise in der 1 markiert, wobei die erste Gruppe von Wälzkörpern 9 durch eine Strichlinie gekennzeichnet ist, während die zweite Gruppe von Wälzkörpern 11 durch eine Strich-Punkt-Linie markiert wurde. Der Käfig 6 hat eine Mehrzahl von Käfigtaschen 13, wobei eine erste Gruppe von Käfigtaschen 14 zur Aufnahme der Wälzkörperkugeln 10 und eine zweite Gruppe von Käfigtaschen 15 zur Aufnahme der Wälzkörperrollen 12 vorgesehen ist. Wie insbesondere anhand des Käfigs 6 gut zu erkennen ist, sind die Wälzkörperkugeln 10 und die Wälzkörperrollen 12 in Umfangsrichtung des Käfigs 6 abwechselnd in den Taschen angeordnet, wobei die Wälzkörperkugeln 10 sich paarweise in axialer Richtung gegenüberliegend in entsprechenden Käfigtaschen 13 angeordnet sind.
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Die Wälzkörperkugeln 10 sind, wie am Aufbau des Käfigs 6 und insbesondere auch an den parallelen Innenringlaufrillen 16 erkennbar ist, zweireihig ausgebildet. Die Wälzkörperkugeln 10 sind paarweise in jeweils einer im Innenring 3 und Außenring 4 ausgebildeten nutartigen Innenringlaufrille 16 und Außenringlaufrille 17 geführt. Hierdurch können im Wälzlager 2 auch Axialkraftanteile durch die Wälzkörperkugeln 10 aufgenommen werden. Die Wälzkörperkugeln 10 sind im Wesentlichen geometrisch und/oder werkstofflich identisch aufgebaut.
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Die Innenringlaufbahn 7 und die Außenringlaufbahn 8 der Wälzkörperrollen 12 ist zwischen der Innenringlaufrille 16 und der Außenringlaufrille 17 angeordnet. Das bedeutet, dass die Wälzkörperrollen 12 in axialer Richtung im Wesentlichen mittig zwischen den zweireihig angeordneten Wälzkörperkugeln 10 positioniert sind.
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Die gezeigte Wälzlageranordnung 1 ist besonders gut für einen Einsatz bei Feldarbeitsmaschinen wie beispielsweise Traktoren oder Mähdreschern geeignet, wo aufgrund der Ausbildung des befahrenen Untergrunds sehr unterschiedliche Axial- wie Radialkraftanteile von einer Wälzlageranordnung 1 sicher aufgenommen werden müssen.
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Die 2 zeigt die aus 1 bekannte Wälzlageranordnung 1 in einem zusammengebauten Zustand. Man erkennt auch in der dargestellten Ansicht gut, die in Umfangsrichtung des Wälzlagers 2 abwechselnde Anordnung der Wälzkörperkugeln 10 und Wälzkörperrollen 12. Insbesondere ist auch gut ersichtlich, dass die Wälzkörperrollen 12 auf der Innenringlaufbahn 7 und der Außenringlaufbahn 8 wälzen, während die Wälzkörperkugeln 10 in den aus 1 bekannten Innenringlaufrille 16 und Außenringlaufrille 17 geführt sind.
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3 zeigt den aus 1 bekannten Käfig 6 in einer perspektivischen Detailansicht. Der Käfig 6 besitzt eine erste Gruppe von Käfigtaschen 14 sowie eine zweite Gruppe von Käfigtaschen 15. Dier eine erste Gruppe von Käfigtaschen 14 ist C-förmig ausgebildet und dient so der Aufnahme und Führung der hier nicht dargestellten Wälzkörperkugeln 10. Die erste Gruppe von Käfigtaschen 14 ist zweireihig ausgebildet, dass bedeutet, dass sich zwei C-förmige Käfigtaschen 14 in axialer Richtung gegenüberliegen. Die C-förmige Ausgestaltung der Käfigtaschen 14 erlaubt zum einen ein Einschnappen der Wälzkörperkugeln 10 durch eine entsprechende Elastizität der Schenkel der Käfigtaschen 14 und zum anderen reduziert diese Ausbildung die Reibung zwischen Wälzkörperkugeln 10 und dem Käfig 6. Die erste Gruppe von Käfigtaschen 14 und die zweite Gruppe von Käfigtaschen 15 sind in Umfangsrichtung des Käfigs 6 abwechselnd angeordnet. Der Käfig 6 ist aus Kunststoff gefertigt. Alternativ kann der Käfig 6 auch aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein.
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4 zeigt eine perspektivische Detailansicht des aus der 1 bekannten Innenrings 3. Man erkennt an dieser Darstellung gut, die Innenringlaufbahn 7, welche zwei parallele Innenringlaufrillen 16 aufweist, in denen die Wälzkörperkugeln 10 geführt werden. Die Innenringlaufbahn 7 zwischen den Innenringlaufrillen 16 dient als Laufbahn für die Wälzkörperrollen 12.
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5 zeigt schließlich eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzlageranordnung 1 mit dem Innenring 3, dem Außenring 4, Wälzkörpern 5 und dem Käfig 6. Der Innenring 3 weist auch hier eine Innenringlaufbahn 7 und der Außenring 4 eine Außenringlaufbahn 8 auf, wobei die Wälzkörper 5 zwischen Innenring 3 und Außenring 4 drehbar in dem Käfig 6 voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Wälzkörper 5 wälzen auf der Innenringlaufbahn 7 und der Außenringlaufbahn 8. Die erste Gruppe von Wälzkörpern 9 ist auch in dieser gezeigten Ausführungsform als Wälzkörperkugeln 10 und die zweite Gruppe von Wälzkörpern 11 als Wälzkörperrollen 12 ausgebildet. Der Käfig 6 ist der aus der 3 bekannte.
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Die 5 zeigt ferner, dass die Wälzkörperkugeln 10 paarweise in jeweils einer im Innenring 3 und Außenring 4 ausgebildeten nutartigen Innenringlaufrille 16 und Außenringlaufrille 17 geführt werden.
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Die Innenringlaufbahn 7 und die Außenringlaufbahn 8 der Wälzkörperrollen 12 sind auch zwischen der Innenringlaufrille 16 und der Außenringlaufrille 17 angeordnet.
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Die 5 zeigt ferner, dass der metallische Innenring 3 und der metallische Außenring 4 mit einem Kunststoff zumindest teilweise ummantelt sind, was durch die karierte Schraffur in der 5 angedeutet ist. Der Innenring 3 und der Außenring 4 können beispielsweise aus gewalzten Metallrohren hergestellt sein, die nachfolgend mit Kunststoff umspritzt, um einen Außen- und Innenring als Kunststoff-Metall-Komposit für die Montage zu bilden.
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Hierdurch kann insbesondere eine weitere Gewichtsreduktion der Wälzlageranordnung 1 erreicht werden. Zur Herstellung können beispielsweise der metallische Innenring 3 und/oder der metallische Außenring 4 in einer Spritzgussform einer Spritzgussmaschine fixiert werden, um diese dann nachfolgend mit einem geeigneten Kunststoff zu umspritzen.
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Für alle in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele gilt, dass das Wälzlager 2 als ein Vierpunktlager mit zwei Kugelreihen zur Aufnahme der kombinierten Belastungen auf beiden Seiten des Wälzlagers 2 ausgebildet ist. Dies ist durch die die Wälzkörperkugeln 10 verlaufende Belastungsachsen, die als sich kreuzende Strich-Punkt-Linie dargestellt sind, angedeutet. Derartige kombinierte Axial- und Radiallastanteile kommen beispielsweise in landwirtschaftlichen Anwendungen, wie z.B. Traktoren, vor.
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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
- Wälzkörper
- 6
- Käfig
- 7
- Innenringlaufbahn
- 8
- Außenringlaufbahn
- 9
- erste Gruppe von Wälzkörpern
- 10
- Wälzkörperkugeln
- 11
- zweite Gruppe von Wälzkörpern
- 12
- Wälzkörperrollen
- 13
- Käfigtaschen
- 14
- erste Gruppe von Käfigtaschen
- 15
- zweite Gruppe von Käfigtaschen
- 16
- Innenringlaufrille
- 17
- Außenringlaufrille
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016202107 A1 [0002]
- DE 102016204188 A1 [0002]
