WO2007071228A1 - Wälzlager - Google Patents

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WO2007071228A1
WO2007071228A1 PCT/DE2006/002184 DE2006002184W WO2007071228A1 WO 2007071228 A1 WO2007071228 A1 WO 2007071228A1 DE 2006002184 W DE2006002184 W DE 2006002184W WO 2007071228 A1 WO2007071228 A1 WO 2007071228A1
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rolling
face
curvature
rolling bearing
board
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PCT/DE2006/002184
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Inventor
Jan De Mul
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Schaeffler Kg
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Publication date
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    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/31—Wind motors

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing.
  • the present invention will be described with reference to tapered roller bearings, but it will be understood that the invention may be applied to other types of bearings such as cylindrical roller bearings or spherical roller bearings.
  • Roller bearings are known from the prior art, which have lateral rims with respect to a raceway to accommodate axial load components.
  • Cylindrical roller bearings with flat roller end surfaces and flat rim surfaces are known from the prior art. These bearings lead to an edge run of the rolling body relative to the board. The consequence of such edge run is a reduced life of the bearing.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a rolling bearing available, which can accommodate higher axial loads compared to the prior art.
  • a special field of application of such conical or cylindrical roller bearings are, for example, wind turbine transmissions.
  • the rolling bearing according to the invention has at least one bearing ring and a plurality of rolling elements, wherein the bearing ring has a raceway for the rolling elements and at least one lateral edge for axial guidance of the rolling elements.
  • the rolling body has an end face facing the rim and the rim has a running surface facing the rolling element, and at least the end face or rim surface is curved convexly at least in sections in the direction of the rim surface or end face, this curvature having a logarithmic curvature profile in at least one edge portion.
  • the bearing ring may be a bearing outer ring or a bearing inner ring.
  • the end surface of the rolling element is understood to mean its end surface, the rolling element unrolling over its lateral surface on the raceway of the bearing ring.
  • the lateral board is used in addition to the guide for receiving axial load components.
  • each section of the end face Under an edge portion is understood with reference to the rolling element of each section of the end face, which is spaced in its entirety from the rotational or symmetry axis of the rolling body. Under an edge portion of the on-board surface is understood accordingly each section which is spaced in its entirety from the axis of symmetry of the bearing.
  • a logarithmic relationship or a logarithmic curvature course is understood as meaning any relationship which has at least one logarithmic component and in particular a logarithmic factor or summand.
  • the end face usually has a first curvature profile in at least one first edge section and a second curvature profile deviating from the first in a second edge section.
  • a first of the rotational axis of the rolling element lying closer edge portion may have a first radius of curvature and a second outer edge portion lying a second logarithmic curvature.
  • the first edge portion has a toroidal curvature
  • the second edge portion has a logarithmic curvature.
  • the end face is curved convexly at least in sections in the direction of the rim surface.
  • This curvature preferably has a first curvature profile in the first edge section and the second curvature profile deviating from the first edge section in the second edge section.
  • both curvature curves are convexly curved in the direction of the on-board running surface.
  • the rolling bearing has a second bearing ring and the rolling elements are arranged between the first and the second bearing ring.
  • a lateral board is preferably also arranged, and more preferably on the side of the rolling bearing opposite the first board.
  • the curvature is toroidal in at least one edge portion.
  • the entire end face of the rolling element has the shape of a sphere in sections, the radius of this ball lying on the axis of rotation of the rolling element, the toroidal curvature of the end face described here does not become one Ball described whose center lies on the axis of rotation of the rolling element, but by, for example, circular lines or elliptical lines whose centers are offset from the axis of rotation.
  • the centers of the toroidal curvatures are arranged in a circle around the axis of rotation of the rolling element.
  • the toroidal curvature ensures that there is a circular curvature in the outer region of the rolling body and that it is edgewise in a plane center. passes over the rolling element of the rolling body. In the axial section of the rolling body, this is followed by a planar central region adjoining an outer region having a predetermined radius of curvature, and a second curved region having the predetermined radius of curvature at this planar central region.
  • the logarithmic curvature course according to the invention preferably follows the respective circular curvatures.
  • the curvature profile in at least one region of the end face is described by a superimposition of a toroidal and a logarithmic relationship. This makes it possible, for example, for a toroidal curve to be superimposed by a logarithmic curve. However, it is also possible that a toroidal and a logarithmic profile are applied separately from each other and merge into one another at a predetermined transition point.
  • the curvature profile in at least one edge section is preferably determined by the mathematical relationship
  • Dw denotes the diameter of the rolling body
  • I the distance between a contact point between the end face and the rim surface on the one hand and the raceway of the bearing ring or the end point of the end face on the other hand
  • h (x) the profile height ie the distance which the end face of a tangent to the end face in the point of contact in the direction of the track is removed.
  • I denotes the distance between the contact point and the shoulder.
  • the numerical value for c is preferably between 0.00001 and 1, the numerical value for k between 0.5 and 2.5 and the numerical value for p between 1 and 10. In practical implementation, however, care must be taken that the denominator is always is greater than 0.
  • the opening angle between the raceway and the on-board surface is greater than 90 °.
  • a straight line is considered when determining the board opening angle, which runs in the radial direction of the rolling bearing through the beginning and the end point of the curvature.
  • both the end face and the on-board running surface are curved at least in sections.
  • both the on-board running surface and the end face of the rolling body are embodied crowned with a predetermined torus radius.
  • This torus radius of the two curvatures can be the same, but the two radii can vary with each other.
  • the curvature of the on-board running surface can also have a logarithmic curvature profile in one section.
  • both the end face, and the on-board running surface are convexly curved in the direction of the respective other surface. In this way, a particularly favorable lubricant intake can be achieved.
  • one of the two surfaces it is also possible for one of the two surfaces to be concavely curved, wherein in this case particularly preferably the corresponding convex curvature radius is smaller than the concave curvature radius.
  • the end face of the rolling element is at least at intervals on a circular line.
  • the curvatures of the rolling element in the axial step are formed by circular lines, wherein the centers of these circular lines are offset by a predetermined distance relative to the axis of rotation of the rolling body preferably in the direction of the curvature.
  • At least one component of the rolling bearing according to the invention is produced by a hard turning process.
  • the use of the hard turning method makes it possible to produce the said radius of wheels in a cost-effective manner.
  • the rolling bearing is selected from a group of rolling bearings which includes cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, spherical roller bearings, radial bearings, thrust bearings and the like.
  • the radius of curvature of at least the on-board running surface or the end face is at least three times as great as the diameter of the rolling body in magnitude.
  • the radius of curvature of one of the two surfaces can also be infinite, that is, in this case, the curvature can be represented by a straight line. More specifically, in the case where the radius of curvature becomes infinite in either surface, a straight line is formed in the axial section instead of a bale-like structure.
  • This straight line is in turn the generatrix of a cone of the on-board running surface or of the end face of the rolling element, depending on whether the straight line is rotated about the axis of symmetry of the rolling element or about the axis of symmetry of the rolling bearing in its entirety.
  • the curvatures of the on-board running surface and the end face are such that substantially only one contact point occurs between the on-board running surface and the end face.
  • this contact point in the radial direction of the rolling element is particularly preferably at least as far apart from the axis of symmetry of the rolling element as the center of the circular line, which describes the curvature of the end face.
  • a contact or contact line is inclined relative to the centerline of the torus by a predetermined angle. This angle of inclination is between 0 ° and 30 ° and preferably between 0 ° and 10 °.
  • Figure 1 is a partial view illustrating the basic geometries of the rolling bearing.
  • Fig. 2 is a further partial view of the rolling bearing according to the invention.
  • the reference numeral 5 refers to a rolling element for a tapered roller bearing, but only a part of the end face 11 of this rolling element is shown.
  • This end face 11 of the rolling body 5 has a central portion 11a and a first edge portion 11b and a second edge portion 11c.
  • the central portion 11a is substantially rectilinear, and the first and second edge portions 11b, 11c are respectively curved.
  • the reference numeral 6 refers to a side board of a bearing ring having an on-board surface 6a, which faces the end face 11 of the rolling element 5.
  • the central portion 11a of the end face 11 does not run on the on-board running surface 6a of the board 6 in the embodiment shown in FIG. Therefore, the central region 11a of the end face 11 may also take substantially any other course, such as a trough in the center, instead of the rectilinear course.
  • the reference character L refers to the axis of symmetry of the rolling element 5.
  • the first edge portion 11 b of the end face 11 of the rolling element 5 is curved in a toroidal shape.
  • the edge portion 11 b of the end face 11 is curved in an axial circular substantially circular and has a radius of curvature p s .
  • the edge section 11b is curved convexly in the direction of the on-board running surface 6a.
  • the board 6 or the on-board running surface 6a of the board 6 is likewise torus-shaped, this curvature having a radius of curvature p f .
  • the reference numeral 19 refers to a circular line on which the edge portion 11 b of the end face 11 is located. The center of this circle is located on the torus midpoint line 14. The distance between the track 4a in the region of the end face 11 and the Torusstoffhuisline 14 corresponds approximately to the height h of the boards.
  • This Torusstoffticiansline 14 is spaced by the distance a with respect to the axis of symmetry L of the rolling body.
  • the rolling element shown in FIG. 1 has the geometries shown in FIG. 1 in any axial sectional representation. This means that the circle 19 must also be rotated about the axis of symmetry L in order to describe the end face 11 in its entirety.
  • the circularly curved first edge section 11b and the rectilinear central region 11a merge into one another. Since the center of the circular curvature lies on the torus midpoint line 14, a tangent to the circle 19 at point 3 would be exactly on the central portion 11 a. This creates no edge on the end face 11.
  • the circle radii pt and p s are preferably at least as large as three times the diameter Dw of the rolling element.
  • the arrows illustrating the radii Pf and p s simultaneously define the contact line 10 passing through the contact point 8.
  • This contact line 10 is inclined relative to the direction of the Torusstoffhuisline 14 and thus also the direction of the axis of symmetry L by an angle ⁇ . By choosing this inclination, the position of the contact point on the end face can thus be selected essentially freely.
  • the contact point 8 is located approximately at half the height of the shelf 6.
  • Reference numeral 4 denotes a central portion of the bearing ring with the raceway 4a (not shown in detail) for the rolling elements.
  • the second edge section 11c is described by a logarithmic profile and follows the mathematical relationship also mentioned in the introduction.

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Abstract

Ein Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (2) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (5), wobei der Lagerring (2) eine Laufbahn (4a) für die Wälzkörper (5) aufweist und wenigstens einen seitlichen Bord (6) zur axialen Führung der Wälzkörper (5). Dabei weist der Wälzkörper (5) eine dem Bord (6) zugewandte Stirnfläche (11) und der Bord (6) eine dem Wälzkörper (5) zugewandte Bordlauffläche (6a) auf und wenigstens die Stirnfläche (11) oder die Bordlauffläche (6a) ist wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bordlauffläche (6a) oder der Stirnfläche (11) konvex gekrümmt, wobei diese Krümmung in wenigstens einem Randabschnitt (11b, 11c) einen logarithmischen Krümmungsverlauf aufweist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Wälzlager
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wälzlager. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Kegelrollenlager beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Lagertypen wie Zylinder- rollenlagern oder Pendelrollenlagem Anwendung finden kann. Aus dem Stand der Technik sind Rollenlager bekannt, welche bezüglich einer Laufbahn seitliche Borde aufweisen, um axiale Belastungskomponenten aufzunehmen. Dabei sind aus dem Stand der Technik Zylinderrollenlager mit ebenen Rollenstirnflächen und ebenen Bordflächen bekannt. Diese Lager führen zu einem Kantenlauf des Wälzkörpers gegenüber dem Bord. Die Folge eines derartigen Kantenlaufs ist eine verminderte Lebensdauer des Wälzlagers.
Daneben sind aus dem Stand der Technik Zylinderrollenlager bekannt, wobei die Stirnseite der Wälzkörper eine kugelkalottenartige Form aufweist. Bei diesen Wälzkörpern ist ein Zentralbereich der Stirnflächen nicht kugelförmig sondern eben bzw. mit einer Mulde ausgebildet. Damit wird die Kontaktfläche bei diesen Wälzkörpern wenigstens an der Bordschulter gewissermaßen abgeschnitten, wodurch sich im Bordkontakt eine begrenzte axiale Belastbarkeit ergibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager zur Verfügung zu stellen, welches gegenüber dem Stand der Technik höhere axiale Belastungen aufnehmen kann. Ein spezieller Anwendungsbereich derartiger Kegel- oder Zylinderrollenlager sind beispielsweise Windkraftgetriebe.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wälzlager nach Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Wälzlager weist wenigstens einen Lagerring und eine Vielzahl von Wälzkörpern auf, wobei der Lagerring eine Laufbahn für die Wälzkörper und wenigstens einen seitlichen Bord zur axialen Führung der Wälzkörper aufweist. Erfindungsgemäß weist der Wälzkörper eine dem Bord zugewandte Stirnfläche und der Bord eine dem Wälzkörper zugewandte Bordlauffläche auf und wenigstens die Stirnfläche oder die Bordlauffläche ist wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bordlauffläche oder der Stirnfläche konvex gekrümmt wobei diese Krümmung in wenigstens einem Randabschnitt einen logarithmischen Krümmungsverlauf aufweist.
Bei dem Lagerring kann es sich um einen Lageraußenring oder einen Lagerinnenring handeln. Unter der Stirnfläche des Wälzkörpers wird im Gegensatz zur Mantelfläche dessen Endfläche verstanden, wobei der Wälzkörper über seine Mantelfläche an der Laufbahn des Lagerrings abrollt. Der seitliche Bord dient neben der Führung auch zur Aufnahme axialer Belastungskomponenten.
Unter einem Randabschnitt wird unter Bezugnahme auf den Wälzkörper jeder Abschnitt der Stirnfläche verstanden, der in seiner Gesamtheit von der Dreh- bzw. Symmetrieachse des Wälzkörpers beabstandet ist. Unter einem Randabschnitt der Bordlauffläche wird entsprechend jeder Abschnitt verstanden, der in seiner Gesamtheit von der Symmetrieachse des Wälzlagers beabstandet ist. Unter einem logarithmischen Zusammenhang bzw. einem logarithmischen Krümmungsverlauf wird jeder Zusammenhang verstanden, der wenigstens eine logarithmische Komponente und insbesondere einen logarithmischen Faktor oder Summanden aufweist. Bevorzugt weist meist die Stirnfläche in wenigstens einem ersten Randabschnitt einen ersten Krümmungsverlauf und in einem zweiten Randabschnitt einen zweiten von dem ersten abweichenden Krümmungsverlauf auf.
Unter einem ersten und einem zweiten Krümmungsverlauf werden zwei unterschiedliche Krümmungen d. h. durch unterschiedliche geometrische Verhältnisse beschreibbare Krümmungen verstanden. Dabei wird jedoch unter einer Krümmung nur eine Krümmung mit endlichem Krümmungsradius verstanden, eine gerade Linie wird damit nicht als Krümmung aufgefasst.
So könnte beispielsweise ein erster der Drehachse des Wälzkörpers näher liegender Randabschnitt einen ersten Krümmungsradius aufweisen und ein zweiter weiter außen liegender Randabschnitt einen zweiten logarithmischen Krümmungsverlauf. Bei einer unten noch im Detail beschriebenen bevorzugten Ausführungsform weist der erste Randabschnitt einen torusballigen Krümmungsverlauf auf, und der zweite Randabschnitt einen logarithmischen Krümmungsverlauf. Vorzugsweise ist die Stirnfläche wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bordlauffläche konvex gekrümmt. Diese Krümmung weist bevorzugt in dem ersten Randabschnitt einen ersten Krümmungsverlauf und in dem zweiten Randabschnitt den zweiten von dem ersten abweichenden Krümmungsver- lauf auf. Dies bedeutet, dass bevorzugt beide Krümmungsverläufe in Richtung der Bordlauffläche konvex gekrümmt sind. Es wäre jedoch auch möglich, nur einen logarithmischen Krümmungsverlauf der Stirnfläche vorzusehen.
Vorzugsweise weist das Wälzlager einen zweiten Lagerring auf und die Wälzkörper sind zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerring angeordnet. Bei dem zweiten Lagerring ist bevorzugt ebenfalls ein seitlicher Bord angeordnet und zwar besonders bevorzugt an der dem ersten Bord gegenüber liegenden Seite des Wälzlagers.
Vorzugsweise verläuft die Krümmung in wenigstens einem Randabschnitt torusförmig. Während bei der aus dem Stand der Technik bekannten kugel- kalottenartigen Krümmung die gesamte Stirnfläche des Wälzkörpers abschnittweise die Gestalt einer Kugel hat, wobei der Radius dieser Kugel auf der Drehachse des Wälzkörpers liegt, wird die hier beschriebene torusför- mige Krümmung der Stirnfläche nicht durch eine Kugel beschrieben deren Mittelpunkt auf der Drehachse des Wälzkörpers liegt, sondern durch beispielsweise Kreislinien oder Ellipsenlinien, deren Mittelpunkte von der Drehachse versetzt sind. Genauer gesagt sind bei einer bevorzugten Ausfüh- rungsform die Mittelpunkte der torusförmigen Krümmungen kreisförmig um die Drehachse des Wälzkörpers angeordnet.
Dabei muss es sich nicht notwendigerweise bei diesen Mittelpunkten um Mittelpunkte von Kreisen handeln, sondern es können auch Mittelpunkte von Ellipsen oder ähnlich geformten Körpern vorliegen. Durch die torusförmige Krümmung wird erreicht, dass im äußeren Bereich des Wälzkörpers eine kreisförmige Krümmung vorliegt und diese kantenlos in einen ebenen Zent- ralbereich des Wälzkörpers übergeht. Im Axialschnitt des Wälzkörpers schließt sich damit an einen äußeren Bereich mit einem vorgegebenen Krümmungsradius ein ebener Zentralbereich an und an diesen ebenen Zentralbereich ein zweiter gekrümmter Bereich mit dem vorgegebenen Krüm- mungsradius. Bevorzugt schließt sich an die jeweiligen kreisförmigen Krümmungen der erfindungsgemäße logarithmische Krümmungsverlauf an.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Krümmungsverlauf in wenigstens einem Bereich der Stirnfläche durch eine Überlagerung eines torusförmigen und eines logarithmischen Zusammenhangs beschrieben. Damit ist es beispielsweise möglich, dass ein torusförmiger Krümmungsverlauf von einem logarithmischen Krümmungsverlauf überlagert wird. Es ist jedoch auch möglich, dass ein torusförmiges und ein logarithmisches Profil getrennt voneinander angewandt werden und in einem vorgegebenen Übergangspunkt ineinander übergehen.
Vorzugsweise wird der Krümmungsverlauf in wenigstens einem Randabschnitt durch den mathematischen Zusammenhang
Figure imgf000007_0001
beschrieben. Dabei bezeichnet Dw den Durchmesser des Wälzkörpers, I den Abstand zwischen einem Berührpunkt zwischen der Stirnfläche und der Bordlauffläche einerseits und der Laufbahn des Lagerrings bzw. dem End- punkt der Stirnfläche andrerseits und h(x) die Profilhöhe d. h. denjenigen Abstand, den die Stirnfläche von einer Tangente an die Stirnfläche in dem Berührungspunkt in Richtung der Laufbahn entfernt ist. Bezogen auf die Bordlauffläche bezeichnet I den Abstand zwischen dem Berührpunkt und der Bordschulter. Dabei liegt bevorzugt der Zahlenwert für c zwischen 0,00001 und 1 , der Zahlenwert für k zwischen 0,5 und 2,5 und der Zahlenwert für p zwischen 1 und 10. Bei der praktischen Umsetzung ist jedoch darauf zu achten, dass der Nenner stets größer als 0 ist.
Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel zwischen der Laufbahn und der Bordlauffläche größer als 90°. Im Falle gleichmäßig gekrümmter Flächen wird dabei bei der Ermittlung des Bordöffnungswinkels eine Gerade betrachtet, die in radialer Richtung des Wälzlagers durch den Anfangs- und den End- punkt der Krümmung verläuft. Durch diese Ausführungsform ergibt sich anstelle einer Kontaktfläche zwischen der Stirnfläche des Wälzkörpers und der Bordlauffläche ein Kontaktpunkt mit einem sich nach außen progressiv öffnenden Spalt. Auf diese Weise wird ein tribologisch günstiger Kontakt hergestellt, der einen günstigen Schmierstoffeinzug und damit eine geringere Reibung ermöglicht.
Daneben wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bordlauffläche und der Stirnfläche des Wälzkörpers erreicht, dass in der Umgebung des Kontakts eine effektiv runde Geometrie vorliegt und damit eine hohe Toleranz gegenüber einem Kippen oder Schränken der Rolle bewirkt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Stirnfläche als auch die Bordlauffläche wenigstens abschnittsweise gekrümmt. Besonders bevorzugt wird sowohl die Bordlauffläche als auch die Stirnfläche des Wälzkörpers ballig mit einem vorgegebenen Torusradius ausgeführt. Dieser Torusradius der beiden Krümmungen kann dabei gleich sein, die beiden Radien können jedoch auch untereinander variieren. Auch die Krümmung der Bordlauffläche kann in einem Abschnitt einen logarithmischen Krümmungsverlauf aufweisen. Bevorzugt sind sowohl die Stirnfläche, als auch die Bordlauffläche in Richtung der jeweils anderen Fläche konvex gekrümmt. Auf diese Weise kann ein besonders günstiger Schmiermitteleinzug erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, dass eine der beiden Flächen konkav gekrümmt ist, wobei in diesem Falle besonders bevorzugt der entsprechende konvexe Krümmungsradius kleiner ist als der konkave Krümmungsradius.
Bevorzugt liegt die Stirnfläche des Wälzkörpers wenigstens abstandsweise auf einer Kreislinie. Dies bedeutet, dass, wie oben erwähnt, die Krümmun- gen des Wälzkörpers im Axialschritt durch Kreislinien gebildet werden, wobei die Mittelpunkte dieser Kreislinien um einen vorgegebenen Abstand gegenüber der Drehachse des Wälzkörpers bevorzugt in Richtung der Krümmung versetzt sind.
Bevorzugt wird wenigstens eine Komponente des erfindungsgemäßen Wälzlagers durch ein Hartdrehverfahren hergestellt. Durch die Anwendung des Hartdrehverfahrens ist eine kostengünstige Herstellung der genannten To- rusradien möglich.
Bevorzugt ist das Wälzlager aus einer Gruppe von Wälzlagern ausgewählt, welche Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, Radiallager, Axiallager und dergleichen enthält.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmungsradius wenigstens der Bordlauffläche oder der Stirnfläche dem Betrag nach wenigstens dreimal so groß wie der Durchmesser des Wälzkörpers. Durch diese Wahl des Krümmungsradius kann ein besonders leistungsfähiger Kontakt zwischen der Stirnfläche und der Bordlauffläche erreicht werden. Der Krümmungsradius einer der beiden Flächen kann jedoch auch unendlich sein, dass heißt, in diesem Falle kann die Krümmung durch eine gerade Linie dargestellt werden. Genauer gesagt entsteht in dem Fall, in dem der Krümmungsradius bei einer von beiden Flächen unendlich wird, im Axialschnitt anstelle eines ballenartigen Gebildes eine Gerade. Diese Gerade ist wiederum die Erzeugende eines Kegels der Bordlauffläche oder der Stirnfläche des Wälzkörpers, je nachdem ob die Gerade um die Symmetrieachse des Wälzkörpers oder um die Symmetrieachse des Wälzlagers in seiner Gesamtheit gedreht wird.
Es ist jedoch auch möglich, dass anstelle einer Kegelfläche eine Ebene vorgesehen, falls die Bordlauffläche senkrecht zur Lagerachse ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Krümmungen der Bordlauffläche und der Stirnfläche so beschaffen, dass zwischen der Bordlauffläche und der Stirnfläche im Wesentlichen nur ein Berührpunkt auftritt. Dabei ist besonders bevorzugt dieser Berührpunkt in radialer Richtung des Wälzkör- pers wenigstens genau so weit von der Symmetrieachse des Wälzkörpers beabstandet wie der Mittelpunkt der Kreislinie, welche die Krümmung der Stirnfläche beschreibt.
Allgemein bedeutet dies, dass bevorzugt die Mittelpunkte der Kreislinien für unterschiedliche erfindungsgemäße Wälzkörper auf einer Torusmittelpunkts- linie angeordnet sind, die parallel bezüglich der Symmetrieachse des Wälzkörpers verläuft. Bezüglich dieser Torusmittelmittelpunktsline liegt der Berührpunkt in radialer Richtung des Wälzkörpers außerhalb desselben. Das bedeutet, dass eine Berühr- oder Kontaktlinie gegenüber der Torusmittel- punktslinie um einen vorgegebenen Winkel geneigt ist. Dieser Neigungswinkel liegt zwischen 0° und 30° und bevorzugt zwischen 0° und 10°.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Teildarstellung zur Veranschaulichung der grundlegenden Geometrien des Wälzlagers; und
Fig. 2 eine weitere Teildarstellung des erfindungsgemäßen Wälzlagers.
Fig. 1 zeigt eine schematische ausschnittsweise Darstellung eines erfin- dungsgemäßen Wälzlagers 1 zur Veranschaulichung der Geometrien. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 5 auf einen Wälzkörper für ein Kegelrollenlager, wobei jedoch lediglich ein Teil der Stirnfläche 11 dieses Wälzkörpers dargestellt ist.
Diese Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 5 weist einen zentralen Abschnitt 11a sowie einen ersten Randabschnitt 11b und einen zweiten Randabschnitt 11c auf. In dieser Ausführungsform verlaufen der zentrale Abschnitt 11a im Wesentlichen geradlinig und der erste und der zweite Randabschnitt 11b, 11c jeweils gekrümmt. Das Bezugszeichen 6 bezieht sich auf einen seitlichen Bord eines Lagerrings, der eine Bordlauffläche 6a aufweist, die der Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 5 zugewandt ist.
Der zentrale Abschnitt 11a der Stirnfläche 11 läuft bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform nicht an der Bordlauffläche 6a des Bords 6 an. Daher kann der Zentralbereich 11a der Stirnfläche 11 anstelle des geradlinigen Verlaufs auch im Wesentlichen beliebige andere Verläufe annehmen, wie beispielsweise eine Mulde im Zentrum aufweisen. Das Bezugszeichen L bezieht sich auf die Symmetrieachse des Wälzkörpers 5. Wie eingangs erwähnt, ist der erste Randabschnitt 11 b der Stirnfläche 11 des Wälzkörpers 5 torusförmig gekrümmt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Randabschnitt 11 b der Stirnfläche 11 im Axialschnitt im Wesentlichen kreisförmig gekrümmt und weist einen Krümmungsradius ps auf. Damit ist der Randabschnitt 11b bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform konvex in Richtung der Bordlauffläche 6a gekrümmt.
Der Bord 6 bzw. die Bordlauffläche 6a des Bords 6 ist ebenfalls torusförmig gekrümmt, wobei diese Krümmung einen Krümmungsradius pf aufweist. Das Bezugszeichen 19 bezieht sich auf einer Kreislinie, auf der der Randabschnitt 11 b der Stirnfläche 11 liegt. Der Mittelpunkt dieser Kreislinie liegt auf der Torusmittelpunktslinie 14. Der Abstand zwischen der Laufbahn 4a im Bereich der Stirnfläche 11 und der Torusmittelpunktslinie 14 entspricht etwa der Höhe h der Bords.
Diese Torusmittelpunktslinie 14 ist um den Abstand a gegenüber der Symmetrieachse L des Wälzkörpers beabstandet. Der in Fig. 1 gezeigte Wälzkörper weist in jeder beliebigen axialen Schnittdarstellung die in Fig. 1 ge- zeigten Geometrien auf. Dies bedeutet, dass die Kreislinie 19 ebenfalls um die Symmetrieachse L gedreht werden muss, um die Stirnfläche 11 in ihrer Gesamtheit zu beschreiben. In einem Übergangsbereich bzw. -punkt 3 gehen der kreisförmig gekrümmte erste Randabschnitt 11 b und der geradlinig verlaufende zentrale Bereich 11a ineinander über. Da der Mittelpunkt der kreisförmigen Krümmung auf der Torusmittelpunktslinie 14 liegt, würde eine Tangente an die Kreislinie 19 im Punkt 3 genau auf dem zentralen Abschnitt 11 a verlaufen. Damit entsteht auf der Stirnfläche 11 keine Kante. Die Kreisradien pt und ps sind bevorzugt jeweils mindestens so groß wie der dreifache Durchmesser Dw des Wälzkörpers. Die die Radien Pf und ps veranschaulichenden Pfeile legen gleichzeitig die Kontaktlinie 10 fest, die durch den Berührpunkt 8 verläuft. Diese Kontaktlinie 10 ist gegenüber der Richtung der Torusmittelpunktslinie 14 und damit auch der Richtung der Symmetrieachse L um einen Winkel μ geneigt. Durch die Wahl dieser Neigung kann damit die Lage des Berührpunktes auf der Stirnfläche im Wesentlichen frei gewählt werden. Bevorzugt liegt jedoch der Berührpunkt 8 in etwa auf der halben Höhe des Bords 6.
Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet einen Zentralbereich des Lagerrings mit der (nicht im Detail gezeigten) Laufbahn 4a für die Wälzkörper.
Der zweite Randabschnitt 11c wird, wie eingangs erwähnt, durch ein loga- rithmisches Profil beschrieben und folgt dem ebenfalls eingangs erwähnten mathematischen Zusammenhang.
Dabei bezieht sich in Fig.1 das Bezugszeichen x auf die Variable wobei x an dem Berührpunkt 8 zwischen der Bordlauffläche 6a und der Stirnfläche 11 der Wert 0 hat und damit in diesem Bereich auch h(x)= 0 ist, was bedeutet, dass hier der logarithmische Anteil noch nicht ins Gewicht fällt, und damit der Berührpunkt noch auf dem kreisförmigen ersten Randabschnitt 11b liegt. In dem Berührpunkt 8 gehen damit der kreisförmige und der logarithmische Krümmungsverlauf ineinander über.
Je näher sich x dem Wert I annähert, desto größer wird der Wert, den der Faktor x/c annimmt. Damit wird auch der Wert von k • (x/l)p größer, woraus sich der steile Verlauf des zweiten Randabschnitts 11c in der Gegend der Laufbahn 4a ergibt. Dabei bezeichnet I den Abstand zwischen dem Berühr- punkt 8 und der Laufbahn 4a in einer in dem Berührpunkt 8 bezüglich der Stirnfläche 11 tangentialen Richtung. Diese logarithmische Endprofilierung bewirkt einen Kontakt, der weitgehend frei von Kantenspannungsspitzen zwischen der Bordlaufbahn 6a und der Stirnfläche 11 ist und der damit höher belastet werden kann.
Es könnten jedoch auch 2 kreisförmige Krümmungen vorgesehen sein, wobei der erste Randabschnitt 11b den in Fig. 1 gezeigten Verlauf aufweist, und der zweite Randabschnitt einen kreisförmigen Verlauf mit einem geringeren Krümmungsradius. Die Anmelderin behält sich vor, Teilanmeldungen auf einen derartigen Verlauf der Stirnfläche zu richten.
Auch wären andere Verläufe denkbar, die in Richtung des Randes bzw. der Mantelfläche des Wälzkörpers zu einem vergleichsweise steilen Verlauf der Stirnfläche führen.
Zwischen der Bordlauffläche 6a und der Stirnseite des Wälzkörpers ergibt sich ein von der Kontaktmitte aus nach außen beidseitig öffnender Spalt.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
1 Walzlager
2 Lagerring
3 Übergangsbereich
4 Zentralbereich des Lagerrings 2
4a Laufbahn
5 Wälzkörper
6 seitlicher Bord
6a Bordlauffläche
8 Berührpunkt
10 Kontaktlinie
11 Stirnfläche
11a zentraler Abschnitt der Stirnfläche 11
11b erster Randabschnitt der Stirnfläche 11
11c zweiter Randabschnitt der Stirnfläche 11
14 Torusmittelpunktslinie
19 Kreislinie
L Symmetrieachse des Wälzkörpers
Ps, Pf Krümmungsradius a Abstand zwischen Symmetrieachse des Wälzkörpers 5 und Torusmittelpunktslinie 14 h Bordhöhe b radialer Abstand zwischen Berührpunkt 8 und Ende der Stirnfläche 11
Dw Durchmesser des Wälzkörpers μ Winkel zwischen Symmetrieachse und Kontaktlinie 10
X Variable h(x) Profilhöhe
I . Abstand zwischen Berührpunkt 8 und Laufbahn 4a α Bordöffnungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Wälzlager mit wenigstens einem Lagerring (2) und einer Vielzahl von Wälzkörpern (5), wobei der Lagerring (2) eine Laufbahn (4a) für die Wälzkörper (5) aufweist und wenigstens einen seitlichen Bord (6) zur axialen Führung der Wälzkörper (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (5) eine dem Bord (6) zugewandte Stirnfläche (11) und der Bord (6) eine dem Wälzkörper (5) zugewandte Bordlauffläche (6a) aufweist und wenigstens die Stirnfläche (11 ) oder die Bordlauffläche (6a) wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bordlauffläche (6a) oder der Stirnfläche (11) konvex gekrümmt ist wobei diese Krümmung in wenigstens einem Randabschnitt (11b, 11c) einen logarithmischen Krümmungsverlauf aufweist.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche einen ersten Randabschnitt (11b) und einen zweiten
Randabschnitt (11c) aufweist wobei der Krümmungsverlauf in dem ersten Randabschnitt (11b) von dem Krümmungsverlauf in dem zweiten Randabschnitt (11c) abweicht.
3. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (11) wenigstens abschnittsweise in Richtung der Bord- lauffläche (6a) konvex gekrümmt ist wobei diese Krümmung in dem ersten Randabschnitt (11b) einen ersten Krümmungsverlauf und in einem zweiten Randabschnitt (11c) einen zweiten von dem ersten abweichenden Krümmungsverlauf aufweist.
4. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung in wenigstens einem Randabschnitt (11b, 11c) torus- förmig verläuft.
5. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsverlauf in wenigstens einem Bereich der Stirnfläche durch eine Überlagerung eines torusförmigen und eines logarithmischen Zusammenhangs beschrieben werden kann.
6. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der logarithmische Krümmungsverlauf in wenigstens einem Randabschnitt (11b, 11c) durch den mathematischen Zusammenhang
Figure imgf000017_0001
beschrieben wird, wobei Dw der Durchmesser des Wälzkörpers, I der Abstand zwischen einem Berührpunkt (8) und der Laufbahn (4a), und h(x) die Profilhöhe der Stirnfläche des Wälzkörpers ist, der Zahlenwert für c zwischen 0,00001 und 1 , der Zahlenwert für k zwischen 0,5 und
2,5 und der Zahlenwert für p zwischen 1 und 10 liegt.
7. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) zwischen der Laufbahn (5) und der Bordlauffläche (6a) größer als 90° ist.
8. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stirnfläche (11) als auch die Bordlauffläche (6a) wenigstens abschnittsweise gekrümmt sind.
9. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Stirnfläche (11) als auch die Bordlauffläche (6a) in Richtung der jeweils anderen Fläche konkav gekrümmt sind.
10. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (11) des Wälzkörpers (5) wenigstens abschnittsweise auf einer Kreislinie (19) liegt.
11.Wälzlager nach Anspruch (6) dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislinie (19) einen geometrischen Mittelpunkt aufweist, der bezüglich der Symmetriesachse des Wälzkörpers (5) bevorzugt in Richtung der Krümmung versetzt ist.
12. Wälzlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager aus einer Gruppe von Wälzlagern ausgewählt ist, wel- che Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager, Pendelrollenlager, Radiallager, Axiallager und dergleichen enthält.
13. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius wenigstens der Bordlauffläche (6a) oder der
Stirnfläche dem Betrag nach wenigstens dreimal so groß ist wie der Durchmesser (Dw) des Wälzkörpers.
14. Wälzlager nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dad u rc h g e ke n n ze i c h n e t , d ass die Krümmungen der Bordlauffläche (6a) und der Stirnfläche (11) so beschaffen sind, dass zwischen der Bordlauffläche (6a) und der Stirnfläche (11) im Wesentlichen nur ein Berührpunkt (8) auftritt.
15. Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Berührpunkt (8) in radialer Richtung des Wälzkörpers wenigstens genauso weit von der Symmetrieachse (L) des Wälzkörpers beabstandet ist wie der Mittelpunkt der Kreislinie.
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