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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Kugellager mit einem Lagerinnenring und einem Lageraußenring, wobei zwischen den beiden Lagerringen eine erste Reihe Kugeln und, axial beabstandet, eine zweite Reihe Kugeln angeordnet ist, wobei die erste Reihe Kugeln einen ersten Teilkreisdurchmesser und die zweite Reihe Kugeln einen zweiten Teilkreisdurchmesser aufweisen.
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Hintergrund der Erfindung
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Kugellager der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Dabei sind sowohl ein- als auch zweireihige Rillenkugellager bekannt, die zur Übertragung radialer und axiale Kräfte geeignet sind. Ferner sind Kegelrollenlager hinlänglich bekannt, die gleichermaßen zur Übertragung axialer und radialer Kräfte geeignet sind.
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Mit Blick auf die Tragfähigkeit sowie auf das Gewicht des Lagers weisen gattungsgemäße Kugellager noch Verbesserungspotenzial auf. Hinsichtlich Kegelrollenlagern stellt sich zudem das Problem, dass diese keine selbsthaltende Einheit darstellen, deren Lagerspiel autark vorgegeben ist, was insofern einen höheren Aufwand bei der Montage des Lagers in einer Anwendung bedeutet.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Kugellager so fortzubilden, dass es eine hohe Tragfähigkeit aufweist und dabei möglichst leicht ist. Ferner soll eine selbsthaltende Lagereinheit bereitgestellt werden, die ein Lagerspiel aufweist, welches keine Einstellarbeiten bei der Montage des Lagers erfordert.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass die beiden Teilkreisdurchmesser der beiden Kugelreihen unterschiedlich groß sind.
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Bevorzugt sind auch der Durchmesser der Kugeln der ersten Reihe und der Durchmesser der Kugeln der zweiten Reihe unterschiedlich groß.
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Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die erste Reihe der Kugeln den kleineren Teilkreisdurchmesser und den kleineren Durchmesser der Kugeln aufweist.
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Zwecks Schaffung einer selbsthaltenden Lagereinheit kann vorgesehen werden, dass einer der Lagerringe für den Anlauf der Kugeln zwei kreisbogenabschnittsförmige Laufbahnen aufweist, wobei sich die Laufbahnen in einem axialen Bereich der Kugeln über einen radial höchsten oder niedrigsten Punkt hinaus kreisbogenabschnittsförmig erstreckt, bis in axiale Richtung des Kugellagers jeweils ein Hinterschnitt zwischen dem Hüllkreisdurchmesser der Kugeln und dem radial niedrigsten oder höchsten Punkt der Laufbahnen vorliegt. Bevorzugt beträgt der Hinterschnitt der jeweiligen Laufbahn in radiale Richtung des Kugellagers dabei zwischen 0,75 % und 5,0 % des Durchmessers der Kugeln; besonders bewährt hat sich dabei ein Wert von 0,9 % bis 1,1 % des Durchmessers der Kugeln. Bei einer solchen Ausgestaltung kann insbesondere mit einem Verfahren zum Zusammenbau des Lagers, wie es aus der
DE 10 2019 107 492 A1 der Patentinhaberin bekannt ist, eine selbsthaltende Lagereinheit bereitgestellt werden.
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Dabei ist vorzugsweise der Hinterschnitt der Laufbahn für die Kugeln mit dem größeren Durchmesser größer als der der Hinterschnitt der Laufbahn für die Kugeln mit dem kleineren Durchmesser, wobei der größere Hinterschnitt vorzugsweise zwischen 110 % und 150 % des kleineren Hinterschnitts beträgt. Sofern der Kugeldurchmesser beider Kugelreihen gleich groß ist, ist vorzugsweise auch der Hinterschnitt gleich groß.
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Zwischen den Laufbahnen und den Kugeln liegt vorzugsweise ein Radialspiel vor, wobei das Radialspiel in den beiden Kugelreihen unterschiedlich ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Radialspiel in der Kugelreihe mit dem kleineren Teilkreisdurchmesser und/oder dem kleineren Durchmesser der Kugeln größer ist, wobei das größere Radialspiel vorzugsweise zwischen 104 % und 120 % des kleineren Radialspiels beträgt. Diese Ausgestaltung hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil die Kugelreihe mit dem größeren Kugeldurchmesser bzw. dem größeren Teilkreisdurchmesser einen höheren Traganteil hat; das genannte Verhältnis zwischen den Radialspielen der beiden Kugelreihen stellt ein gleichmäßiges Tragverhalten sicher.
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Jede Reihe Kugeln wird bevorzugt von je einem Käfig geführt.
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Die beiden Lagerringe (Außenring und Innenring) sind vorzugsweise jeweils einstückig ausgebildet.
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Der Füllgrad des vorgeschlagenen Kugellagers mit Kugeln ist bevorzugt besonders hoch. Hierunter ist zu verstehen, dass im zusammengebauten Zustand des Lagers der Umfangskreis auf Höhe des Mittelpunkts der Kugeln (Teilkreis) in einem hohen Maße mit Kugeln besetzt ist. Der Füllbogen liegt demgemäß bevorzugt zwischen 260° und 311° (entsprechend dem Winkelbereich, der in Höhe des Teilkreises mit Kugeln besetzt ist).
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Das vorgeschlagene Lager besteht somit aus einem Innenring und einem Außenring mit zwei Reihen Kugeln. Die beiden Kugelreihen können mit gleichen, vorzugsweise aber mit unterschiedlichen Wälzkörpergrößen (Kugeln) bestückt sein. Bevorzugt werden die Kugeln mittels zweier unterschiedlicher Käfige geführt.
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Das vorgeschlagene Lager besitzt bevorzugt eine größere Anzahl an Wälzkörpern pro Reihe, verglichen mit vorbekannten Lagern (Rillen- bzw. Schrägkugellager).
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Bevorzugt sind die Schulterhöhen des Innenrings wie bei Rillenkugellagern gemäß dem Stand der Technik ausgebildet, d. h. die Gestaltung der Innenring-Laufbahnen. Indes weist vorzugsweise der Außenring für die beiden Kugelreihen auf der einen Seite eine normale Schulterhöhe (wie bei einem klassischen Rillenkugellager) auf, während die andere Seite mit dem genannten Hinterschnitt versehen ist.
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Die Kugelreihe mit dem größeren Kugeldurchmesser und dem größeren Teilkreis weist bevorzugt eine höhere Steifigkeit als die andere Kugelreihe auf (was sich insbesondere durch die größere Anzahl an Kugeln ergibt). Damit die beiden Kugel-Reihen eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung haben, ist das Radialspiel vorzugsweise, wie oben beschrieben, unterschiedlich gestaltet.
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Das vorgeschlagene Lager ist tragfähiger und leichter als Rillenkugellager der vorbekannten Art. Ferner liegt ein selbsthaltender Verbund vor, bei dem das Lagerspiel autark vorgegeben ist. Dies hat Vorteile im Vergleich zu Kegelrollenlagern. Im Vergleich zu diesen weist das vorgeschlagene Lager auch eine geringe Reibung auf.
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Die Steigerung der Anzahl an Kugeln führt auch zu einer direkten Steigerung der statischen und der dynamischen Tragzahl.
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Das vorgeschlagene Lager kann in radialer Richtung sowie auch in axiale Richtung hohe Kräfte aufnehmen. Bezüglich der Aufnahme axialer Kräfte ist allerdings zu beachten, dass abhängig von der radialen Belastung nur in eine Richtung hohe Axialkräfte übertragen werden können. Daher wird das vorgeschlagene Lager gemäß der im Betrieb wirkenden Axialkräfte gerichtet eingebaut, so dass der Hauptkraftfluss über die hohen Schultern abgeleitet wird.
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Eine besonders bevorzugte Anwendung des vorgeschlagenen Lagers ist für Elektromotoren vorgesehen.
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Figurenliste
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Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Kugellagers wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäß ausgebildetes Kugellager im Radialschnitt, wobei das Lager im zusammengebauten Zustand dargestellt ist,
- 2 das erfindungsgemäße Kugellager gemäß 1 im Radialschnitt vor dem Zusammenbau.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist im Radialschnitt ein erfindungsgemäßes Kugellager 1 dargestellt, welches einen Lagerinnenring 2 und einen Lageraußenring 3 aufweist. Beide Lagerringe sind einstückig ausgebildet und haben jeweils zwei Laufbahnen für den Anlauf von Kugeln. Die Laufbahnen des Lageraußenrings sind mit 6 und 7 bezeichnet. Zwischen den beiden Lagerringen ist eine erste Reihe Kugeln 4 und eine zweite Reihe Kugeln 5 angeordnet. Eingetragen sind für die beiden Kugelreihen die jeweiligen Teilkreisdurchmesser (doppelter Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Kugeln und der Lagerachse), nämlich der erste Teilkreisdurchmesser DT1 und der zweite Teilkreisdurchmesser DT2, sowie die Durchmesser DK1 der Kugeln 4 und der Durchmesser DK2 der Kugeln 5. Eingetragen sind ferner die axiale Richtung a und die radiale Richtung r.
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Die beiden Kugelreihen mit den Kugeln 4 und 5 werden jeweils von einem Käfig 10 bzw. 11 geführt.
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Wesentlich ist, dass die beiden Teilkreisdurchmesser DT1 und DT2 unterschiedlich groß sind. Dies gilt im Ausführungsbeispiel auch für die Größe der Durchmesser DK1 bzw. DK2.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, weist dabei die zweite Kugelreihe mit den Kugeln 5 sowohl den größeren Teilkreisdurchmesser DT2 als auch den größeren Kugeldurchmesser DK2 im Vergleich mit den Kugeln 4 der ersten Kugelreihe auf.
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Betreffend die Gestaltung der Laufbahnen ist folgende Besonderheit zu beachten:
- Im Ausführungsbeispiel weist der Lagerinnenring 2 eine übliche Ausgestaltung auf, d.h. die Kugeln 4 bzw. 5 werden - betrachtet von der radial tiefstliegenden Stelle der Laufbahnen - von den Laufbahnen in beiden axialen Richtung umgriffen und damit geführt. Der Winkel, mit dem die Kugeln 4 bzw. 5 von den Laufbahnen des Lagerinnenrings umgriffen werden, beträgt hier mindestens 20° (um den Mittelpunkt der Kugeln herum).
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Im Unterschied hierzu gilt dies für die Situation am Lageraußenring 3 nicht. Zwar sind auch hier die Laufbahnen 6 für die Kugeln 4 bzw. 7 für die Kugeln 5 so gestaltet, dass in dem einen axialen Endbereich der Kugeln (in 1 im linken axialen Endbereich) die Laufbahnen 6 bzw. 7 über einen erheblichen Umfangswinkel (von mindestens 20°) die Kugeln Umgreifen und somit für eine Übertragung hoher axialer Kräfte sorgen. Indes sind die Laufbahnen 6 bzw. 7 im anderen axialen Endbereich der Kugeln (in 1 im rechten axialen Endbereich) so gestaltet, dass nur ein geringfügiges Umgreifen der Kugeln durch die Laufbahnen gegeben ist.
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Zu diesbezüglichen Details wird auf 2 verwiesen, wo das Lager im noch nicht zusammengebauten Zustand dargestellt ist. Am Lageraußenring 3 des Kugellagers 1 ist eingetragen, dass die Laufbahnen 6 bzw. 7 hier einen radial höchsten Punkt PH1 an der Laufbahn 6 bzw. einen höchsten Punkt PH2 an der Laufbahn 7 aufweisen. Von diesem höchsten Punkt verläuft die Laufbahn 6 bzw. 7 herunter bis zu einem niedrigsten Punkt PN1 an der Laufbahn 6 bzw. zu einem niedrigsten Punkt PN2 an der Laufbahn 7. Hierdurch wird ein radialer Hinterschnitt 8 an der Laufbahn 6 bzw. ein Hinterschnitt 9 an der Laufbahn 7 geschaffen, der nur relativ gering ist. Bevorzugt beträgt der Hinterschnitt 8 bzw. 9 zwischen 0,75 % und 5,0 % des Durchmessers DK1 bzw. DK2 der jeweiligen Kugeln 4 bzw. 5. Der Hinterschnitt 8 bzw. 9 ergibt sich dabei als Überdeckung zwischen dem radial höchsten Punkt PH1 bzw. PH2 der Laufbahnen 6 bzw. 7 und dem jeweiligen Hüllkreisdurchmesser DH1 bzw. DH2 der Kugeln 4 bzw. 5 (siehe 1).
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Der Zusammenbau des vorgeschlagenen Kugellagers erfolgt nach der Technologie, wie sie in der bereits oben erwähnten
DE 10 2019 107 482 A1 der Patentinhaberin beschrieben ist und auf die insofern ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Die Lagermontage erfolgt hierbei durch Erwärmung des Außenrings über das im genannten Dokument beschriebene Einrollverfahren. Der sich drehende Außenring wird dabei exzentrisch punktförmig belastet; die Exzenter-Rollmontage ist vergleichbar mit der Montage eines Reifens auf eine Felge.
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Durch die bevorzugt vorgesehene induktive Erwärmung des Außenrings erwärmt sich der querschnittsschwächere Teil des Außenrings schneller und erreicht so eine höhere Temperatur als der dickwandige Teil des Außenrings. Diese ungleichmäßige Erwärmung des Außenrings führt zu einer leicht kegelförmigen Verformung, die die Montage begünstigt.
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Die beschriebenen Hinterschnitte 8 und 9 am Lageraußenring können durch die Erwärmung des Außenrings und durch die genannte Exzenter-Rollmontage überwunden werden. Der Hinterschnitt 9 kann dabei aufgrund der ungleichförmigen Erwärmung größer ausgeführt werden, als der Hinterschnitt 8.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugellager
- 2
- Lagerinnenring
- 3
- Lageraußenring
- 4
- erste Reihe Kugeln
- 5
- zweite Reihe Kugeln
- 6
- Laufbahn für erste Kugelreihe
- 7
- Laufbahn für zweite Kugelreihe
- 8
- Hinterschnitt an erster Laufbahn
- 9
- Hinterschnitt an zweiter Laufbahn
- 10
- Käfig für erste Kugelreihe
- 11
- Käfig für zweite Kugelreihe
- a
- axiale Richtung
- r
- radiale Richtung
- DT1
- erster Teilkreisdurchmesser
- DT2
- zweiter Teilkreisdurchmesser
- DK1
- Durchmesser der Kugeln der ersten Reihe
- DK2
- Durchmesser der Kugeln der zweiten Reihe
- PH1
- höchster Punkt der Laufbahn der ersten Reihe
- PH2
- höchster Punkt der Laufbahn der zweiten Reihe
- PN1
- niedrigster Punkt der Laufbahn der ersten Reihe
- PN2
- niedrigster Punkt der Laufbahn der zweiten Reihe
- DH1
- Hüllkreisdurchmesser der Kugeln der ersten Reihe
- DH2
- Hüllkreisdurchmesser der Kugeln der zweiten Reihe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019107492 A1 [0008]
- DE 102019107482 A1 [0030]
