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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung geht aus von Wälzlagern mit Laufbahnen für Wälzkörper. Zur Vergrößerung der maximal möglichen Pressungen und zum Schutz vor zu starkem Verschleiß werden Laufbahnflächen von Laufbahnen gehärtet. Ein entsprechendes Verfahren zum Härten wird beispielsweise von der Druckschrift
WO 2013 / 120748 A1 offenbart.
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Verfahrens- und/oder konstruktionsbedingt kommt es beim Härten zwangsläufig zu Bereichen mit vom Soll abweichenden Härten. Diese Härtefehlstellen sind der Funktion der Laufbahnflächen abträglich. Um zu starke Abnutzung oder Deformation zu vermeiden, werden die Härtefehlstellen aufweisenden Bereiche der Laufbahnflächen zurzeit durch geometrische Anpassungen durch Absenkungen der Laufbahnflächen an den entsprechenden Stellen entlastet. Diese Entlastungen reduzieren jedoch die Gesamttragfähigkeit der Wälzlager. Sollten die Entlastungen im Bereich von Dichtungen vorgenommen werden, so besteht weiterhin die Gefahr, dass die Dichtfunktion der Dichtungen negativ beeinflusst wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches ermöglicht, Härtefehlstellen aus einer gehärteten Laufbahn zu entfernen, ohne dass die Gesamttragfähigkeit negativ beeinflusst wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Entfernen einer Härtefehlstelle aus einer gehärteten Laufbahn für auf einer Laufbahnfläche der Laufbahn in eine Laufrichtung laufende Wälzkörper eines Wälzlagers, insbesondere eines Großwälzlagers, wobei in einem ersten Schritt in dem Bereich der Härtefehlstelle durch Abtragen von Material aus der Laufbahn eine Aussparung der Laufbahnfläche hergestellt wird, wobei in einem zweiten Schritt eine gehärtete Platte in die Aussparung eingesetzt wird, so dass in dem Bereich der Aussparung von einer Oberfläche der Platte eine Ersatzlaufbahnfläche gebildet wird, wobei in einem dritten Schritt die Platte an der Laufbahn fixiert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Größe der Härtefehlstelle zu reduzieren und somit die maximal möglichen Pressungen der Laufbahnfläche zu erhöhen. Dies wird durch den Einsatz einer gehärteten Platte innerhalb des Bereichs der Härtefehlstelle erreicht. Dazu wird im Bereich der Härtefehlstelle Material von der Laufbahn abgetragen und so eine Aussparung hergestellt. Die Härtefehlstelle wird also aus der Laufbahn entfernt. Anschließend wird die gehärtete Platte in die Aussparung eingesetzt. Die gehärtete Platte ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, welches durchgehärtet ist. Denkbar ist auch, dass die gehärtete Platte randschichtgehärtet ist. Denkbar ist weiterhin, dass die gehärtete Platte aus einem anderen Material gefertigt ist als die Laufbahn. Denkbar ist aber auch, dass die gehärtete Platte aus dem gleichen Material gefertigt ist wie die Laufbahn. In einer Projektion entlang der Flächennormalen der ursprünglichen Laufbahnfläche im Bereich der Aussparung füllt die Platte die Aussparung vorzugsweise vollständig aus. Anschließend wird die Platte sicher in der Aussparung fixiert. Denkbar ist, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls Härtefehlstellen aus Dichtungslaufflächen zu entfernen.
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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 Aussparung durch mechanisches Abtragen von Material, bevorzugt durch Fräsen oder Schleifen, hergestellt wird. Dies ermöglicht ein gut kontrolliertes, einfaches und günstiges Herstellen der Aussparung. Vorstellbar ist aber auch, dass das mechanische Abtragen durch Bohren, Hobeln, Meißeln, Feilen, elektrisches Senkerodieren oder elektrisches Drahterodieren geschieht. Denkbar ist, dass das mechanische Abtragen von Material zur Herstellung der Aussparung in einem Arbeitsschritt mit einem mechanischen Bearbeiten der Laufbahnfläche durchgeführt wird. Alternativ ist aber auch möglich, dass das mechanische Abtragen von Material zur Herstellung der Aussparung in einem Arbeitsschritt durchgeführt wird, welcher von einem Arbeitsschritt zum mechanischen Bearbeiten der Laufbahnfläche verschieden ist.
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Denkbar ist ferner, dass die Aussparung durch Laser-Ablation hergestellt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aussparung in der Laufbahn über den Bereich der Härtefehlstelle hinausragend hergestellt wird. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, sicherzugehen, dass die gesamte Härtefehlstelle aus der Laufbahn entfernt wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Aussparung in der Laufbahn über den Bereich der Härtefehlstelle in Laufrichtung hinausragend hergestellt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aussparung über eine gesamte Breite der Laufbahnfläche orthogonal zur Laufrichtung hergestellt wird. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise ein leichteres und geschickteres Ansetzen der Bearbeitungswerkzeuge. Weiterhin ermöglicht die über die gesamte Breite der Laufbahnfläche reichende Aussparung eine über die gesamte Breite der Laufbahnfläche gleichmäßige Belastung von über die Platte laufenden Wälzkörpern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Übergang in Laufrichtung von der Laufbahnfläche zur Ersatzlaufbahnfläche um eine erste Absenkungstiefe vertieft angeordnet wird. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass keine Pressungsüberhöhungen am Übergang von der Laufbahnfläche zur Ersatzbahnfläche, also zur Platte, entstehen. Dazu wird der erste Übergang soweit abgesenkt, dass über ihn laufende Wälzkörper zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig entlastet werden. Bei Flächen des Wälzlagers, welche als Dichtfläche zur Abdichtung der Drehverbindung des Wälzlagers in Kontakt mit einer Dichtung stehen, ist dies nicht erforderlich, da dort keine mechanische Belastungen durch Wälzkörper zu erwarten sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Absenkbereich der Laufbahnfläche in Laufrichtung vor dem ersten Übergang so angeordnet wird, dass sich der erste Absenkbereich im ersten Übergang bündig an die Ersatzlaufbahnfläche anschließt. Dies ermöglicht einen stetigen Verlauf von Laufbahnfläche, erstem Übergang und Ersatzlaufbahnfläche, was sich besonders schonend im Hinblick auf die Haltbarkeit der Ersatzlaufbahnfläche und der Wälzkörper auswirkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ersatzlaufbahnfläche in Laufrichtung hinter dem ersten Übergang um die erste Absenkungstiefe mit einer ersten Steigung monoton aufsteigend angeordnet wird, wobei die erste Steigung vorzugsweise einen Wert von kleiner oder gleich 0,5 aufweist. Damit wird in vorteilhafter Weise eine schonende und langsame statt schlagartige Belastung der Wälzkörper nach Passieren des ersten Übergangs erreicht. Denkbar ist, dass sich aus dem ersten Absenkbereich, dem ersten Übergang und der Steigung der Ersatzlaufbahnfläche in einem Schnitt orthogonal zur Laufbahnfläche und parallel zur Laufrichtung ein V-förmiges Profil ergibt mit dem ersten Übergang im tiefsten Punkt des Vs.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein zweiter Übergang in Laufrichtung von der Ersatzlaufbahnfläche zur Laufbahnfläche um eine zweite Absenkungstiefe vertieft angeordnet wird. Das ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass keine Pressungsüberhöhungen am Übergang von der Ersatzbahnfläche zur Laufbahnfläche entstehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein zweiter Absenkbereich der Ersatzlaufbahnfläche in Laufrichtung vor dem zweiten Übergang so angeordnet wird, dass sich der zweite Absenkbereich im zweiten Übergang bündig an die Laufbahnfläche anschließt. Dies ermöglicht einen stetigen Verlauf von Ersatzlaufbahnfläche, zweitem Übergang und Laufbahnfläche, was sich ebenfalls besonders schonend im Hinblick auf die Haltbarkeit der Laufbahnfläche und der Wälzkörper auswirkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Laufbahnfläche in Laufrichtung hinter dem zweiten Übergang um die zweite Absenkungstiefe mit einer zweiten Steigung monoton aufsteigend angeordnet wird, wobei die zweite Steigung vorzugsweise einen Wert von kleiner oder gleich 0,5 aufweist. Damit wird ebenfalls in vorteilhafter Weise eine schonende und langsame statt schlagartige Belastung der Wälzkörper nach Passieren des zweiten Übergangs erreicht. Denkbar ist, dass sich aus dem zweiten Absenkbereich, dem zweiten Übergang und der Steigung der Laufbahnfläche in einem Schnitt orthogonal zur Laufbahnfläche und parallel zur Laufrichtung ein V-förmiges Profil ergibt mit dem zweiten Übergang im tiefsten Punkt des Vs.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Platte stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig an der Laufbahn fixiert wird. Denkbar ist beispielsweise, dass die Platte verschweißt, geklemmt oder verschraubt wird. Denkbar ist, dass die Platte nach dem Fixieren zum Erreichen vorgegebener geometrischer Toleranzen mechanisch nachbearbeitet wird. Denkbar ist, dass die Platte dazu geschliffen wird. Denkbar ist aber auch, dass Bereiche der Laufbahnfläche, welche die Platte umgeben, vor oder nach dem Fixieren der Platte mechanisch nachbearbeitet werden.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Herstellungsverfahren für ein Wälzlager, insbesondere ein Großwälzlager, wobei in einem Bereitstellungsschritt eine Laufbahn für auf einer Laufbahnfläche der Laufbahn in eine Laufrichtung laufende Wälzkörper bereitgestellt wird, wobei in einem Härtungsschritt die Laufbahn gehärtet wird und wobei eine Härtefehlstelle einer Laufbahn des Wälzlagers mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche entfernt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Wälzlager herzustellen, bei denen die Größe einer Härtefehlstelle reduziert ist und somit die maximal möglichen Pressungen der Laufbahnfläche des Wälzlagers zu erhöhen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Wälzlager, insbesondere Großwälzlager, wobei das Wälzlager eine Laufbahn für auf einer Laufbahnfläche der Laufbahn in eine Laufrichtung laufende Wälzkörper des Wälzlagers aufweist, wobei die Laufbahnfläche eine Aussparung aufweist, wobei die Aussparung zumindest teilweise mit einer Platte gefüllt ist, wobei die Platte in der Aussparung fixiert ist, wobei eine Oberfläche der Platte im Bereich der Aussparung als Ersatzlaufbahnfläche konfiguriert ist.
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Das erfindungsgemäße Wälzlager ist vorzugsweise mit einem Verfahren gemäß Anspruch 12 hergestellt und/oder weist vorzugsweise eine gehärtete Laufbahn auf, aus der mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 Härtefehlstellen entfernt sind, auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Aussparung über eine gesamte Breite der Laufbahnfläche orthogonal zur Laufrichtung ausgedehnt ist. Dies vergleichmäßigt auf vorteilhafte Weise die Belastung der Laufbahn durch die Wälzkörper des Wälzlagers.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Übergang in Laufrichtung von der Laufbahnfläche zur Ersatzlaufbahnfläche um eine erste Absenkungstiefe vertieft angeordnet ist und wobei vorzugsweise ein erster Absenkbereich der Laufbahnfläche in Laufrichtung vor dem ersten Übergang so angeordnet ist, dass sich der erste Absenkbereich im ersten Übergang bündig an die Ersatzlaufbahnfläche anschließt und/oder wobei vorzugsweise die Ersatzlaufbahnfläche in Laufrichtung hinter dem ersten Übergang um die erste Absenkungstiefe mit einer ersten Steigung monoton aufsteigend angeordnet ist, wobei die erste Steigung besonders bevorzugt einen Wert von kleiner oder gleich 0,5 aufweist. Denkbar ist, dass sich aus dem ersten Absenkbereich, dem ersten Übergang und der Steigung der Ersatzlaufbahnfläche in einem Schnitt orthogonal zur Laufbahnfläche und parallel zur Laufrichtung ein V-förmiges Profil ergibt mit dem ersten Übergang im tiefsten Punkt des Vs.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass ein zweiter Übergang in Laufrichtung von der Ersatzlaufbahnfläche zur Laufbahnfläche um eine zweite Absenkungstiefe vertieft angeordnet ist und wobei vorzugsweise ein zweiter Absenkbereich der Ersatzlaufbahnfläche in Laufrichtung vor dem zweiten Übergang so angeordnet ist, dass sich der zweite Absenkbereich im zweiten Übergang bündig an die Laufbahnfläche anschließt und/oder wobei vorzugsweise die Laufbahnfläche in Laufrichtung hinter dem zweiten Übergang um die zweite Absenkungstiefe mit einer zweiten Steigung monoton aufsteigend angeordnet ist, wobei die zweite Steigung besonders bevorzugt einen Wert von kleiner oder gleich 0,5 aufweist. Denkbar ist, dass sich aus dem zweiten Absenkbereich, dem zweiten Übergang und der Steigung der Laufbahnfläche in einem Schnitt orthogonal zur Laufbahnfläche und parallel zur Laufrichtung ein V-förmiges Profil ergibt mit dem zweiten Übergang im tiefsten Punkt des Vs.
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Alle vorstehenden Ausführungen unter „Offenbarung der Erfindung“ gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen einer Härtefehlstelle, das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren und das erfindungsgemäße Wälzlager.
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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 (a) - (c) zeigen schematisch Schnitte durch eine Laufbahn während des Entfernens der Härtestelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 (a) - (b) zeigen schematisch Schnitte durch eine Laufbahn während des Entfernens der Härtestelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt schematisch einen Teil der Laufbahnfläche einer Laufbahn mit entfernter Härtestelle mit Blickrichtung parallel zur Flächennormalen der Laufbahnfläche gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt schematisch ein Wälzlager gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In den 1 (a) bis (c) sind Schnitte durch einen Teil der Laufbahn 1 vor, während und nach dem Entfernen der Härtefehlstelle 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Die Laufbahn 1 weist die Laufbahnfläche 10 auf, über welche im Betrieb der Laufbahn 1 Wälzkörper 101 (siehe 5) in Laufrichtung A laufen. Die Laufbahn 1 wurde während der Herstellung einem Härtungsprozess unterzogen, wobei es zur unerwünschten Härtefehlstelle 2 gekommen ist. Die Härtefehlstelle 2 ist ein Bereich in der Laufbahn 1 mit geringerer Härte. 1 (a) zeigt den Zustand der Laufbahn 1 vor dem Entfernen der Härtefehlstelle 2.
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In 1 (b) ist die Laufbahn 1 nach dem ersten Schritt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Im Bereich der Härtefehlstelle 2 und darüber hinaus wurde durch Fräsen Material abgetragen und so die Aussparung 3 hergestellt. In die Aussparung 3 wird, wie in 1 (c) gezeigt, die gehärtete Platte 4 mit der Ersatzlaufbahnfläche 40 eingesetzt.
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In den 2 (a) und (b) sind Schnitte durch einen Teil der Laufbahn 1 während und nach dem Entfernen der Härtestelle 3 (siehe 1 (a)) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. 2 (a) zeigt die Laufbahn 1 nach dem ersten Schritt des Verfahrens. Zusätzlich zur Aussparung 3 ist die zweite Steigung 8' eingefräst. In 2 (b) ist die Laufbahn 1 nach dem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Um den Verschleiß an den Wälzkörpern 101 (siehe 5), der Ersatzlaufbahnfläche 40 und der Laufbahnfläche 10 im Bereich der zweiten Steigung 8' zu reduzieren, ist zum einen die Ersatzlaufbahnfläche 40 der Platte 4 am ersten Übergang 5 zwischen der Laufbahnfläche 10 und der Ersatzlaufbahnfläche 40 um die erste Absenkungstiefe 6 abgesenkt und zum anderen die Laufbahn 10 im Bereich des zweiten Übergangs 5` zwischen der Ersatzlaufbahnfläche 40 und der Laufbahnfläche 10 und die zweite Absenkungstiefe 6` abgesenkt. In Laufrichtung A an den ersten Übergang 5 anschließend steigt die Ersatzlaufbahn 40 an der ersten Steigung 8 monoton an, wobei die erste Steigung 8 einen Wert von weniger als 0,5 aufweist. Weiterhin steigt in Laufrichtung A an den zweiten Übergang 5` anschließend die Laufbahn 10 an der zweiten Steigung 8' monoton an, wobei die zweite Steigung 8' einen Wert von weniger als 0,5 aufweist. Um den Verschleiß an den Wälzkörpern 101 (siehe 4) und der Ersatzlaufbahnfläche 40 zu reduzieren, weist die Laufbahn 1 in Laufrichtung A vor dem ersten Übergang 5 den ersten Absenkbereich 7 auf, in welchem die Laufbahnfläche 10 absenkt wird und welcher zu einem stetigen Übergang von der Laufbahnfläche 10 zur Ersatzlaufbahnfläche 40 im Bereich des ersten Übergangs 5 in Laufrichtung A führt. Ferner weist die Ersatzlaufbahn 40 in Laufrichtung A vor dem zweiten Übergang 5' den zweiten Absenkbereich 7` auf, in welchem die Ersatzlaufbahnfläche 40 absenkt wird und welcher zu einem stetigen Übergang von der Ersatzlaufbahnfläche 40 zur Laufbahnfläche 10 im Bereich des zweiten Übergangs 5` in Laufrichtung A führt.
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3 zeigt schematisch einen Teil der Laufbahnfläche 10 der Laufbahn 1 mit entfernter Härtestelle 2 (hier nicht zu sehen) mit Blickrichtung parallel zur Flächennormalen der Laufbahnfläche 10 gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in der Aussparung 3 (hier nicht gezeigt) angeordnete gehärtete Platte 4 mit der Ersatzlaufbahnfläche 40 erstreckt sich orthogonal zur Laufrichtung A über die gesamte Breite der Laufbahnfläche 10.
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4 zeigt schematisch das Wälzlager 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Wälzlager 100 mit den Wälzkörpern 101 weist eine Laufbahn 1 auf, aus welcher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Härtefehlstellen 2 (hier nicht dargestellt) entfernt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laufbahn
- 2
- Härtefehlstelle
- 3
- Aussparung
- 4
- Platte
- 5
- erster Übergang
- 5`
- zweiter Übergang
- 6
- erste Absenkungstiefe
- 6`
- zweite Absenkungstiefe
- 7
- erster Absenkbereich
- 7`
- zweiter Absenkbereich
- 8
- erste Steigung
- 8'
- zweite Steigung
- 10
- Laufbahnfläche
- 40
- Ersatzlaufbahnfläche
- 100
- Wälzlager
- 101
- Wälzkörper
- A
- Laufrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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