DE102021207589A1

DE102021207589A1 - Schrägkugellageranordnung

Info

Publication number: DE102021207589A1
Application number: DE102021207589.4A
Authority: DE
Inventors: Ingo Schulz; Lijun CAO
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2023-01-19
Also published as: EP4370808A1; WO2023285359A1; CN117642561A

Abstract

Offenbart wird eine Schrägkugellageranordnung (1) mit einem ersten Laufbahnelement (2) und einem zweiten Laufbahnelement (4), wobei zwischen den Laufbahnelementen (2, 4) Kugeln (6) angeordnet sind, wobei die Kugeln (6) auf Laufbahnen (8), die an den Laufbahnelementen (2, 4) angeordnet sind, abrollen, wobei die Schrägkugellageranordnung (1) im Querschnitt durch die Rotationsachse (AR) einer Kugel (6) und eine Achse (As) senkrecht zu der Rotationsachse (AR) der Kugel (6) gedanklich in vier Quadranten (I, II, III, IV) geteilt ist, die im Uhrzeigersinn angeordnet sind, wobei die Kugel (6) vier Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) mit den Laufbahnen (8) aufweist und wobei jeder Kontaktpunkt (P-I, P-II, P-III, P-IV) in einem der vier Quadranten (I, II, III, IV) liegt, wobei die Laufbahn (8) des zweiten Laufbahnelements (4) im ersten und im zweiten Quadranten (I, II) und die Laufbahn (8) des ersten Laufbahnelements (2) im dritten und im vierten Quadranten (III, IV) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-1) des Krümmungsradius (R-1) der Laufbahn (8-1) des ersten Quadranten (I) im dritten Quadranten (III) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-II) des Krümmungsradius (R-II) der Laufbahn (8-II) des zweiten Quadranten (II) im vierten Quadranten (IV) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-III) des Krümmungsradius (R-III) der Laufbahn (8-III) des dritten Quadranten (III) im ersten Quadranten (I) liegt, und wobei der Mittelpunkt (M-IV) des Krümmungsradius (R-IV) der Laufbahn (8-IV) des vierten Quadranten (IV) im zweiten Quadranten (II) liegt.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägkugellageranordnung mit einem ersten Laufbahnelement und einem zweiten Laufbahnelement gemäß Patentanspruch 1.
In Hochpräzisionsgetrieben, insbesondere in den Gelenken von Robotern oder den Lagern von Windturbinenblättern, muss von den dort verwendeten Lagern häufig eine Rotationsbewegung von weniger als 360° bei einer niedrigen Geschwindigkeit durchgeführt werden. Gleichzeitig kann dabei eine komplexe Lastsituation mit sowohl radialen als auch axialen Kräften, Neigungsmomentlasten und einer Kombination von Lasten auftreten. Hierfür können Schrägzylinderrollenlager verwendet werden. Zylinderrollen, die in einer angewinkelten Position in einem solchen Lager angeordnet sind, zeigen jedoch keine optimale Abrollkinematik. Daher tritt bei Zylinderrollen vermehrt ein Gleiten, sogenannter Schlupf, zwischen den Rollen und den Laufbahnflächen und zwischen den Rollenseitenflächen und der gegenüberliegenden Laufbahn auf, was zu einer erhöhten Abnutzung führt. Auch tritt ein Gleiten zwischen den Rollen selbst auf, was dazu führt, dass Abstandshalter vorteilhaft sind, was wiederum die Komplexität des Lagers erhöht und einen zusätzlichen Aufwand beim Zusammenbau des Lagers mit sich bringt. Das Gleiten führt auch zu einem hohen Energieverlust bei solchen Lagern. Des Weiteren kann bei Schrägzylinderrollenlagern eine Kantenspannung, insbesondere unter hohen Lasten, auftreten, Diese Kantenspannung kann zwar durch spezielle Profile der Laufbahnen abgeschwächt werden, allerdings sind diese immer nur für einen einzelnen Lastfall vorgesehen und erzeugen eine schlechte Lastverteilung in anderen Lastfällen. Je näher die Lastrichtung zu der Rotationsachse der Rolle ist, desto weniger Last wird durch die Rolle aufgenommen. Dies führt dazu, dass unter speziellen Lastbedingungen die Last nur durch 50 % der verfügbaren Rollen getragen wird.
Eine andere potenzielle Lösung, um sowohl axiale als auch radiale Lasten aufzunehmen, ist zum Beispiel ein Schrägkugellager, insbesondere ein doppelreihiges oder zwei einreihige Schrägkugellager in O- oder X-Anordnung. Da es jedoch in einem Schrägkugellager zwischen den Kugeln und den Laufbahnen nur zwei Kontaktstellen gibt, kann dies zu einem hohen Kontaktdruck führen. Die zwei Kontaktstellen zwischen den Kugeln und den Laufbahnen verändern sich mit der Lastrichtung, was eine dynamische Veränderung der Kugelrotationsachse verursacht und daher ein hohes und nicht konstantes Gleiten und daher einen hohen Energieverlust verursacht.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Lageranordnung bereitzustellen, die ein stabiles Lager für radiale und axiale Lasten mit einem niedrigen Energieverlust darstellt und die günstig und einfach herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Schrägkugellageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die Schrägkugellageranordnung weist ein erstes Laufbahnelement und ein zweites Laufbahnelement auf, wobei zwischen den Laufbahnelementen Kugeln angeordnet sind. Die Kugeln rollen jeweils auf Laufbahnen ab, die an den Laufbahnelementen angeordnet sind.
Die Laufbahnen der Laufbahnelemente sind in Richtung der Lagerrotationsachse gegeneinander versetzt. Durch diese versetzten Laufbahnen können kombinierte Belastungen wie etwa gleichzeitig wirkende Radial- und Axialbelastungen aufgenommen werden. Insbesondere können durch ein solches Schrägkugellager Kräfte aufgenommen werden, deren Wirkungslinien nicht exakt senkrecht, sondern schräg in einem Winkel zur Lagerrotationsachse verlaufen.
Die Schrägkugellageranordnung kann ein Rotationslager oder ein Linearlager sein. In dem Fall eines Rotationslagers entsprechen das erste Laufbahnelement und das zweite Laufbahnelement dem Innenring und dem Außenring. In dem Fall eines Linearlagers entsprechen das erste Laufbahnelement und das zweite Laufbahnelement einer Schiene und einem Schlitten.
Um geringe Gleit- und Reibungsverluste sowie eine hohe Biegesteifigkeit und einen geringen Maximalkontaktdruck mit den Laufbahnen zu ermöglichen, weisen die Kugeln mit den Laufbahnen jeweils vier Kontaktpunkte auf. Das bedeutet, dass jede Kugel insgesamt vier Kontaktpunkte aufweist, d.h. pro Laufbahnelement zwei Kontaktpunkte. In dem Kontaktpunkt haben die jeweilige Laufbahn und die Kugel dieselbe Tangente und der Krümmungsradius, d.h. der Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Krümmungskreises der Laufbahnkrümmung und dem Kontaktpunkt, steht senkrecht auf dieser Tangente. Durch diese vier Kontaktpunkte wird der Kontaktdruck im Gegensatz zu anderen Lagern aufgeteilt und dadurch die Kontaktspannungen und damit der Verschleiß, die Reibung und andere Oberflächenschädigungen reduziert.
Übliche Schrägkugellager weisen lediglich zwei Kontaktstellen auf, was zu einem hohen Kontaktdruck an diesen zwei Kontaktstellen führt. Im Gegensatz dazu sind bei der hier vorgeschlagenen Schrägkugellageranordnung immer vier Kontaktpunkte aktiv, wodurch sich der Kontaktdruck besser verteilt.
Um diese Kontaktdruckverteilung auf die vier Kontaktpunkte zu erreichen, ist die Schrägkugellageranordnung im Querschnitt durch die Rotationsachse einer Kugel und eine Achse senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel gedanklich in vier Quadranten geteilt, die im Uhrzeigersinn angeordnet sind. Die Rotationsachse der Kugel wird hierbei als gedankliche Rotationsachse im Stillstand gesehen. Im Betrieb ist die Rotationsachse der Kugel nicht fest, sondern kann sich bewegen. Im Gegensatz zu Kugellagern, wie beispielsweise Rillenkugellagern, verläuft die Rotationsachse der Kugeln nicht senkrecht oder parallel zur Lagerrotationsachse, sondern schräg zur Lagerrotationsachse.
Die Laufbahn des zweiten Laufbahnelements liegt in dem ersten und dem zweiten Quadranten und die Laufbahn des ersten Laufbahnelements liegt in dem dritten und dem vierten Quadranten. Der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des ersten Quadranten liegt in dem dritten Quadranten, der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des zweiten Quadranten liegt in dem vierten Quadranten, der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des dritten Quadranten liegt in dem ersten Quadranten und der Mittelpunkt des Krümmungsradius der Laufbahn des vierten Quadranten liegt in dem zweiten Quadranten. Jeder der vier Kontaktpunkte einer Kugel liegt dabei in einem der vier Quadranten. Durch diese spezielle Anordnung wird erreicht, dass jede Kugel mit ihren Laufbahnen immer vier Kontaktpunkte hat und diese Kontaktpunkte auch unter Last beibehalten werden. Ein übliches Schrägkugellager arbeitet mit nur zwei Kontaktstellen und Schrägzylinderrollenlager arbeiten ebenfalls nur mit zwei Kontaktlinien. Die vier Kontaktpunkte erzeugen somit pro Kontaktpunkt mit der Kugel einen geringeren Kontaktdruck, wodurch z.B. die Abnutzung der Schrägkugellageranordnung reduziert werden kann, wobei gleichzeitig durch die Anordnung der Kontaktpunkte radiale und axiale Lasten aufgenommen werden können.
Durch die Verwendung von Kugeln kann der Zusammenbau der Schrägkugellageranordnung im Vergleich zu einem Schrägzylinderrollenlager vereinfacht werden, da die Kugeln im Vergleich zu Rollen ohne eine spezielle Orientierung eingebaut werden können. Die Verwendung von Kugeln ist des Weiteren vorteilhaft, da eine Kugel ein vollständig symmetrisches Element ist, das keine alternierende Orientierung der Wälzkörper benötigt, wie sie von Schrägzylinderrollenlagern bekannt ist. Dies ermöglicht, dass alle Wälzkörper die Last zwischen allen Laufbahnen tragen, auch wenn sie unter speziellen Bedingungen arbeiten, statt nur die Hälfte der Elemente, wie es bei Schrägzylinderrollenlagern der Fall ist. Des Weiteren können Kugeln frei um ihre Mitte rotieren und können daher die Last über irgendeinen Punkt ihrer Oberfläche übertragen. Dies nutzt die Oberfläche der Kugeln bis zu einem Maximum aus, verteilt den Kontakt über die vollständige Kugeloberfläche und verteilt somit auch die Abnutzung über die vollständige Kugeloberfläche. Im Gegensatz dazu würden beispielsweise bei Schrägzylinderrollenlagern nur einige Bereiche der Wälzkörperoberfläche abgenutzt werden.
Die hier beschriebene Schrägkugellageranordnung kann als ein Volllager realisiert werden, ohne dass eine zusätzliche Abnutzung, wie es bei Rollenlagern der Fall ist, immer an der gleichen Stelle erfolgt. Durch den punktförmigen Kugel-Kugel-Kontakt entsteht zwar eine Abnutzung der Kugeln. Da die Kontaktpunkte jedoch auf der Oberfläche der Kugeln „wandern“ und somit nicht immer die gleiche Stelle belastet wird, führt dies zu einer geringeren Gesamtbelastung für die Kugeln. Dies ist der Fall, da die Orientierung des Kugelkörpers zu der Rotationsachse im Gegensatz zu einem Rollenlager variiert. Alternativ kann auch ein Käfig verwendet werden, wobei auch die Verwendung von Abstandshaltern statt eines vollständigen Käfigs möglich ist. Die Schrägkugellageranordnung stellt genug Raum in dem Bereich entlang der Kugelrotationsachse bereit, um sowohl Abstandshalter als auch einen Käfig zu verwenden.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien der Laufbahn des ersten Laufbahnelements auf einer Achse senkrecht zur Rotationsachse der Kugel und der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien der Laufbahn des zweiten Laufbahnelements liegt ebenfalls auf einer Achse senkrecht zur Rotationsachse der Kugel. Diese Achsen können auch eine gemeinsame Achse sein, insbesondere die Achse, die senkrecht zur Rotationsachse liegt und durch den Mittelpunkt der Kugel geht. Auch können die Schnittpunkte auf der Rotationsachse liegen. Jede Laufbahn weist somit zwei Krümmungsradien auf, deren Mittelpunkte nicht zusammenfallen, wodurch jede Laufbahn aus zwei Segmenten besteht, zwischen denen ein Übergang besteht. Der Übergang zwischen den beiden Laufbahnen bzw. die Kontaktlinie der beiden Laufbahnen liegt auf einer Ebene, welche durch den Kugelmittelpunkt geht und senkrecht auf der gedachten Kugelrotationsachse steht. Durch diese zwei Krümmungsradien und deren spezielle Anordnung kann sichergestellt werden, dass die Kugel immer vier Kontaktstellen mit den Laufbahnen hat. Die beiden Krümmungsradien können unterschiedlich oder identisch sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Krümmungsradien identisch. Dies führt zu einer symmetrischen Aufteilung der Krümmungsradien und deren Mittelpunkten auf die vier Quadranten. Durch diese symmetrische Anordnung wird die Last gleichmäßig auf die vier Kontaktstellen zwischen den Kugeln und den Laufbahnen verteilt.
Durch die spezielle Ausbildung als Schrägkugellager, d.h. durch die versetzte Anordnungen der Laufbahnen der Laufbahnelemente zueinander, werden die vier Quadranten nicht symmetrisch auf die Laufbahnelemente aufgeteilt. Vielmehr sind die vier Quadranten, wie auch die Rotationsachse der Kugeln, schräg zu den Laufbahnelementen und zur Lagerrotationsachse angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktpunkte versetzt zu der Achse senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel angeordnet. Das bedeutet, dass die Kontaktpunkte sich vorzugsweise nicht auf der Rotationsachse der Kugel und auf der Achse senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel befinden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Schrägkugellageranordnung nur zwei Kontaktpunkte hat, was die radiale oder axiale Steifigkeit verringern würde. Des Weiteren können durch die Schrägkugellageranordnung radiale oder axiale Lasten in einer definierten Weise direkt von Beginn der Belastung an aufgenommen werden, im Gegensatz zu einem üblichen Schrägkugellager, das je eine Kontaktstelle auf einem der Laufbahnelemente aufweist, oder einem üblichen Kugellager, das ebenfalls eine Kontaktstelle auf einer der Achsen hat.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktpunkte in einem Bereich von ± 20°, vorzugsweise ± 10° um die Achse angeordnet, die senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel ist. Die Kontaktstellen zwischen der Kugel und den Laufbahnen können innerhalb dieses Bereichs je nach Anwendungsfall variieren. Durch diese Anordnung erzeugen die vier Kontaktpunkte eine spezielle Kinematik der Kugeln, da die Rotationsachse der Kugeln, auch während einer Belastung, immer senkrecht zu der Achse bleibt, um die die Kontaktpunkte angeordnet sind. Die Kontaktpunkte können symmetrisch um die Achse angeordnet sein, die senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel ist, z.B. ± 10° in beide Richtungen. Alternativ können die Kontaktpunkte auch asymmetrisch um die Achse angeordnet sein, die senkrecht zu der Rotationsachse der Kugel ist, z.B. +10° und -5° oder +5° und - 10°.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Krümmungsradius ein variabler Radius. Das bedeutet, dass die jeweiligen Laufbahnen Kreisbogensegmente, aber auch Ellipsen oder allgemein Ovale sein können.
Die Schrägkugellageranordnung kann als doppelreihige Schrägkugellageranordnung mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Kugeln ausgestaltet sein. Durch eine solche doppelreihige Ausgestaltung können durch die Schrägkugellageranordnung axiale Lasten in beide Richtungen aufgenommen werden. Die beiden Reihen können in O- oder X-Anordnung angeordnet werden. Abhängig von der jeweiligen Ausgestaltung der Schrägkugellageranordnung kann der Schnittpunkt der Rotationsachsen der Kugeln der beiden Reihen radial außerhalb oder radial innerhalb der Laufbahnelemente in Bezug zu der Rotationsachse des Lagers angeordnet sein.
Das erste Laufbahnelement oder das zweite Laufbahnelement können als geteiltes Laufbahnelement für jeweils die erste und die zweite Reihe von Kugeln ausgebildet sein, und das zweite Laufbahnelement oder das erste Laufbahnelement können als gemeinsames Laufbahnelement für die erste und die zweite Reihe von Kugeln ausgebildet sein. Insbesondere kann ein Vorspannmechanismus vorgesehen sein, um die Kontaktpunkte zwischen der Kugel und den Laufbahnen des geteilten Laufbahnelements zu kontrollieren. Durch das Vorspannen des geteilten Laufbahnelements kann die Vorspannung der Kontaktpunkte durch ein Anpassen des Spiels zwischen den Teilen des geteilten Laufbahnelements angepasst werden.
Durch die hier beschriebene Schrägkugellageranordnung sind somit viele verschiedene Lagerausgestaltungen möglich, die jeweils die Vorteile der Schrägkugellageranordnung, wie sie oben beschrieben sind, zeigen. Insbesondere wird durch die hier beschriebene Schrägkugellageranordnung eine gute radiale Laststeifigkeit und ein geringes Abnutzungsverhalten aufgrund eines geringen Gleitverhaltens bereitgestellt, während gleichzeitig sowohl radiale als auch axiale Lasten aufgenommen werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Getriebe, insbesondere ein Hochpräzisionsgetriebe, mit einer wie oben beschriebenen Schrägkugellageranordnung bereitgestellt. Ein solches Hochpräzisionsgetriebe kann beispielsweise in Robotern eingesetzt werden, die eine sehr genaue Ansteuerung der Bewegungsabläufe und daher der Gelenke, in denen Lager verwendet werden, benötigen. Die Schrägkugellageranordnung kann beispielsweise als Lager in einer Roboteranwendung verwendet werden, um aufeinanderfolgende Arme bzw. Armteile zu verbinden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
Es zeigen:

1: eine schematische Querschnittsansicht einer Schrägkugellageranordnung;
2-4: schematische Querschnittsansichten der Schrägkugellageranordnung von 1 mit unterschiedlich angeordneten Kontaktpunkten;
5: eine schematische Querschnittsansicht der Schrägkugellageranordnung von 1 als zweireihige Schrägkugellageranordnung in O-Anordnung;
6: eine schematische Querschnittsansicht der Schrägkugellageranordnung von 1als zweireihige Schrägkugellageranordnung in X-Anordnung; und
7: eine schematische Querschnittsansicht der Schrägkugellageranordnung von 1 als Linearlager mit geteiltem Laufbahnelement.

Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt eine Schrägkugellageranordnung 1 mit einem ersten Laufbahnelement 2 und einem zweiten Laufbahnelement 4. Zwischen den Laufbahnelementen 2, 4 sind Kugeln 6 als Wälzkörper angeordnet. Die Kugeln 6 rollen auf Laufbahnen 8 ab, die an den Laufbahnelementen 2, 4 angeordnet sind.
Die Schrägkugellageranordnung 1 kann als Rotationslager oder als Linearlager ausgebildet sein. In dem Fall eines Rotationslagers entsprechen das erste Laufbahnelement 2 und das zweite Laufbahnelement 4 dem Innenring und dem Außenring. In dem Fall eines Linearlagers entsprechen das erste Laufbahnelement 2 und das zweite Laufbahnelement 4 der Schiene und dem Schlitten.
Bei der in 1 gezeigten Schrägkugellageranordnung 1 können die Laufbahnen 8 gedanklich in vier Quadranten I, II, III, IV aufgeteilt werden. Die Aufteilung in die vier Quadranten I, II, III, IV erfolgt durch die Rotationsachse A_R der Kugel sowie eine Achse As, die senkrecht auf der Rotationsachse A_R steht. Die Laufbahn des zweiten Laufbahnelements 4 wird durch zwei Segmente 8-1, 8-11 gebildet und liegt in dem ersten und zweiten Quadranten I, II und die Laufbahn des ersten Laufbahnelements 2 wird durch zwei Laufbahnsegmente 8-III und 8-IV gebildet und liegt in dem dritten und vierten Quadranten III, IV. Wie gesehen werden kann, sind die vier Quadranten I, II, III, IV und die Rotationsachse A_R der Kugel schräg zu den Laufbahnelementen 2, 4 und zu der Lagerrotationsachse A_L angeordnet.
Die Kugel 6 kommt mit den Laufbahnen 8-1, 8-11 an zwei Kontaktpunkten P-I, P-II, die sich in zwei Kontaktzonen 10-1 und 10-11 befinden, und mit den Laufbahnen 8-III und 8-IV an zwei Kontaktpunkten P-111, P-IV, die sich in den Kontaktzonen 10-111 und 10-IV befinden, in Kontakt. Um sicherzustellen, dass die Kugel 6 die Laufbahnen 8 an den Kontaktpunkten P-I, P-II, P-III, P-IV, berührt, haben die Laufbahnen 8 eine spezielle Ausgestaltung: Der Mittelpunkt M-1 des Krümmungsradius R-1 des Laufbahnsegments 8-1 liegt in dem dritten Quadranten III, der Mittelpunkt M-II des Krümmungsradius R-II des Laufbahnsegments 8-II liegt in dem vierten Quadranten IV, der Mittelpunkt M-III des Krümmungsradius R-III des Laufbahnsegments 8-III liegt in dem ersten Quadranten I und der Mittelpunkt M-IV des Krümmungsradius R-IV des Laufbahnsegments 8-IV liegt in dem zweiten Quadranten II.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform liegt der Schnittpunkt der Krümmungsradien R-I, R-II des ersten und des zweiten Quadranten I, II auf der Achse As und der Schnittpunkt der Krümmungsradien R-III, R-IV des dritten und des vierten Quadranten III, IV liegt ebenfalls auf der Achse As. Der Schnittpunkt kann aber auch nicht auf der Achse As liegen. Unter dem Krümmungsradius R wird hier der die Krümmung definierende Radius, d.h. der Abstand zwischen der Laufbahn 8 und dem Mittelpunkt M verstanden. Insbesondere, wie in 1 gezeigt ist, schneidet die Gerade durch M-I und M-III die Gerade durch M-II und M-IV in dem Schnittpunkt S. In dem hier gezeigten Fall liegt der Schnittpunkt S gleichzeitig auf dem Schnittpunkt der Rotationsachse A_R und der Achse As, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Durch diese spezifische Ausgestaltung der Krümmungsradien R der Laufbahnen 8 wird sichergestellt, dass die Kugel 6 die Laufbahnen 8 an den Kontaktpunkten P-1, P-II, P-III, P-IV berührt. Die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV liegen in den Kontaktzonen 10 in einem Bereich von ± 20°, insbesondere ±10° um die Achse As.
Um sicherzustellen, dass das Schrägkugellager 1 nicht nur axiale oder radiale Lasten aufnehmen kann, sind die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV immer versetzt zu der Achse As. Auf diese Weise weist die Kugel 6 immer vier Kontaktstellen P-1, P-II, P-III, P-IV mit den Laufbahnen 8 auf, die sich jeweils in den Kontaktzonen 10-1, 10-11, 10-111 und 10-IV befinden, wodurch eine gute radiale Laststeifigkeit und eine gute Last- und Druckverteilung und damit ein geringes Abnutzungsverhalten erreicht wird.
Die genaue Anordnung der Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV kann unterschiedlich ausgestaltet sein, wie in 2 bis 4 gezeigt ist.
In 2 sind die Kontaktpunkte P-I und P-II sowie P-III und P-IV symmetrisch um die Achse A_S angeordnet. Die Verbindungslinie L_Va der Kontaktpunkte P-I und P-II und die Verbindungslinie L_Vi der Kontaktpunkte P-III und P-IV verlaufen daher parallel zueinander und parallel zu der Kugelrotationsachse A_R. Der durch die Verbindung aller Kontaktpunkte P-I, P-II, P-111 und P-IV aufgespannte Bereich bildet ein Rechteck.
Alternativ, wie in 3 und 4 dargestellt ist, sind die Kontaktpunkte P-I und P-II sowie P-III und P-IV asymmetrisch um die Achse As angeordnet. Die Verbindungslinie Lva der Kontaktpunkte P-I und P-II und die Verbindungslinie L_Vi der Kontaktpunkte P-III und P-IV verlaufen schrägt zueinander und zu der Kugelrotationsachse A_R. Der durch die Verbindung aller Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III und P-IV aufgespannte Bereich bildet ein Trapez. Je nach Ausprägung der asymmetrischen Anordnung können sich die Verbindungslinien L_Va und L_Vi schneiden. In 4 schneiden sich beispielweise die Verbindungslinie L_Va der Kontaktpunkte P-I und P-II und die Verbindungslinie L_Vi der Kontaktpunkte P-111 und P-IV in dem Schnittpunkt X, der auf der Lagerachse A_L liegt.
Durch die Positionierung des Schnittpunkts X der Verbindungslinien L_Va und L_Vi oberhalb, auf oder unterhalb der Lagerachse A_L können die Abrollkinematik und die Kontaktspannungen der Schrägkugellageranordnung 1 auf unterschiedliche Lastprofile hin optimiert werden, z. B. für einen möglichst schlupffreien Lauf oder eine hohe Kraftübertragung oder beides.
Die Schrägkugellageranordnung 1 kann als zweireihiges Schrägkugellager in O-Anordnung (5) oder in X-Anordnung (6) verwendet werden. Bei der O-Anordnung schneiden sich die Rotationsachsen A_R der Kugeln 6 radial innerhalb in Richtung der Lagerrotationsachse A_L und in dem Fall der X-Anordnung schneiden sich die Rotationsachsen A_R der Kugeln 6 radial außerhalb.
In dem Fall eines solchen zweireihigen Schrägkugellagers können die Innen -oder Außenringe 2, 4 als geteilte Ringe ausgestaltet sein. Im Fall der O-Anordnung von 5 ist der Innenring 2 als geteilter Ring ausgestaltet. Im Fall der X-Anordnung von 6 ist der Außenring 4 als geteilter Ring ausgestaltet. In diesem Fall kann ein Vorspannmechanismus, beispielsweise eine Schraubverbindung, verwendet werden, um die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV bzw. Kontaktzonen 10 zwischen der Kugel 6 und den Laufbahnen 8 zu kontrollieren. Durch das Vorspannen des jeweiligen Rings 2, 4 kann die Vorspannung der Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV durch ein Anpassen des Spiels zwischen den Teilen des geteilten Rings 2, 4 angepasst werden.
Die Schrägkugellageranordnung 1 kann auch als ein Linearlager verwendet werden, wie es in 7 dargestellt ist. Hier wird die Schrägkugellageranordnung 1 durch zwei doppelreihige Schrägkugellageranordnungen 1' und 1'' gebildet.
Für die Schrägkugellageranordnung 1' wird das erste Laufbahnelement 2 durch eine Schiene mit Laufbahnen für beide Reihen von Kugeln 6 und das zweite Laufbahnelement durch einen Schlitten 12 und ein davon getrenntes Element 4' gebildet, d.h. als geteiltes Laufbahnelement 4. Für die Schrägkugellageranordnung 1'' wird das erste Laufbahnelement 2 ebenfalls durch die Schiene und zusätzlich durch ein davon getrenntes Element 2" gebildet, d.h. als geteiltes Laufbahnelement 2, und das zweite Laufbahnelement wird durch den Schlitten 12 mit Laufbahnen für beide Reihen von Kugeln 6 gebildet.
Auch in diesem Fall können die geteilten Laufbahnelemente 2'' und 4' durch eine Vorspannelement 14 in ihrer Vorspannung oder ihrem Spiel angepasst werden, um entsprechend die Kontaktpunkte P-I, P-II, P-III, P-IV bzw. die Kontaktzonen 10-I, 10-II, 10-III, 10-IV anzupassen.
Durch das hier beschriebene Schrägkugellager können eine gute radiale und axiale Laststeifigkeit und ein geringes Abnutzungsverhalten aufgrund einer geringeren Reibung erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Schrägkugellageranordnung
2: erstes Laufbahnelement
4: zweites Laufbahnelement
6: Kugeln
8: Laufbahnen
10: Kontaktzonen
12: Schlitten
14: Vorspannmechanismus
I, II, III, IV: Quadranten
AL: Lagerrotationsachse
AR: Kugelrotationsachse
AS: Achse senkrecht zur Kugelrotationsachse
LVa: Verbindungslinie der Kontaktpunkte
LVi: Verbindungslinie der Kontaktpunkte
M: Mittelpunkt des Krümmungsradius
P: Kontaktpunkte
R: Krümmungsradius
S: Schnittpunkt
X: Schnittpunkt

Claims

Schrägkugellageranordnung (1) mit einem ersten Laufbahnelement (2) und einem zweiten Laufbahnelement (4), wobei zwischen den Laufbahnelementen (2, 4) Kugeln (6) angeordnet sind, wobei die Kugeln (6) auf Laufbahnen (8), die an den Laufbahnelementen (2, 4) angeordnet sind, abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkugellageranordnung (1) im Querschnitt durch die Rotationsachse (A_R) einer Kugel (6) und eine Achse (A_S) senkrecht zu der Rotationsachse (A_R) der Kugel (6) gedanklich in vier Quadranten (I, II, III, IV) geteilt ist, die im Uhrzeigersinn angeordnet sind, wobei die Kugel (6) vier Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) mit den Laufbahnen (8) aufweist und wobei jeder Kontaktpunkt (P-I, P-II, P-III, P-IV) in einem der vier Quadranten (I, II, III, IV) liegt, wobei die Laufbahn (8) des zweiten Laufbahnelements (4) im ersten und im zweiten Quadranten (I, II) und die Laufbahn (8) des ersten Laufbahnelements (2) im dritten und im vierten Quadranten (III, IV) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-I) des Krümmungsradius (R-I) der Laufbahn (8-I) des ersten Quadranten (I) im dritten Quadranten (III) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-II) des Krümmungsradius (R-II) der Laufbahn (8-II) des zweiten Quadranten (II) im vierten Quadranten (IV) liegt, wobei der Mittelpunkt (M-III) des Krümmungsradius (R-III) der Laufbahn (8-III) des dritten Quadranten (III) im ersten Quadranten (I) liegt, und wobei der Mittelpunkt (M-IV) des Krümmungsradius (R-IV) der Laufbahn (8-IV) des vierten Quadranten (IV) im zweiten Quadranten (II) liegt.
Schrägkugellageranordnung nach Anspruch 1, wobei der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien (R-III, R-IV) der Laufbahn (8-III, 8-IV) des ersten Laufbahnelements (2) auf einer Achse senkrecht zu der Rotationsachse (A_R) der Kugel (6) liegt und wobei der Schnittpunkt der beiden Krümmungsradien (R-I, R-II) der Laufbahn (8-I, 8-II) des zweiten Laufbahnelements (4) auf einer Achse senkrecht zu der Rotationsachse (A_R) der Kugel (6) liegt.
Schrägkugellageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Krümmungsradien (R-I, R-II, R-III, R-IV) identisch sind.
Schrägkugellageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) versetzt zu der Achse (As) senkrecht zu der Rotationsachse (A_R) der Kugel (6) angeordnet sind.
Schrägkugellageranordnung nach Anspruch 4, wobei die Kontaktpunkte (P-I, P-II, P-III, P-IV) der Kugel (6) mit den Laufbahnen (8) in einem Bereich von ± 20°, vorzugsweise ±10°, um die Achse (A_S) angeordnet sind, die senkrecht zu der Rotationsachse (A_R) der Kugel (6) ist.
Schrägkugellageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Krümmungsradius (R-I, R-II, R-III, R-IV) der Laufbahnen (8) ein variabler Radius ist.
Schrägkugellageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schrägkugellageranordnung eine doppelreihige Schrägkugellageranordnung (1) mit einer ersten und einer zweiten Reihe von Kugeln (6) ist.
Schrägkugellageranordnung nach Anspruch 7, wobei das erste Laufbahnelement (2) oder das zweite Laufbahnelement (4) der doppelreihigen Schrägkugellageranordnung (1) als geteiltes Laufbahnelement für jeweils die erste und die zweite Reihe von Kugeln (6) ausgebildet ist, und wobei das zweite Laufbahnelement (4) oder das erste Laufbahnelement (2) der doppelreihigen Schrägkugellageranordnung (1) als gemeinsames Laufbahnelement für die erste und die zweite Reihe von Kugeln (6) ausgebildet ist.
Schrägkugellageranordnung nach Anspruch 8, wobei ein Vorspannmechanismus vorgesehen ist, um die Kontaktpunkte (P-1, P-II, P-III, P-IV) zwischen der Kugel (6) und den Laufbahnen (8) des geteilten Laufbahnelements zu kontrollieren.
Schrägkugellageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schrägkugellageranordnung (1) ein Linearlager ist, wobei das erste Laufbahnelement (2) eine Schiene ist und wobei das zweite Laufbahnelement (4', 12) ein Schlitten ist.