WO2008067795A2 - Lagerkugel eines wälzlagers, verfahren zu ihrer herstellung und käfig für ein wälzlager mit solchen lagerkugeln - Google Patents

Lagerkugel eines wälzlagers, verfahren zu ihrer herstellung und käfig für ein wälzlager mit solchen lagerkugeln Download PDF

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Arbogast Grunau
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Schaeffler Kg
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/32—Balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces

Definitions

  • Bearing ball of a rolling bearing a process for their preparation and cage for a rolling bearing with such bearing balls
  • the invention relates to a bearing ball of a rolling bearing with outer ring and inner ring, between which a plurality of bearing balls is arranged, of which at least one bearing ball has a spherical body of a solid steel material with an axial cylindrical bore, in which a coaxial insert is inserted.
  • the invention relates to a method for producing such a bearing ball and on a cage for a rolling bearing with such a situation rkugeln.
  • the load transmission takes place due to the principle of rolling elements.
  • linear or rotary movement of the rolling bearing and the rolling elements must be moved. This movement takes place, for example, in the case of near guides at half the speed of the two rolling bearing parts, which usually consist of carriage and rail in linear bearings. With rotating bearings, this kinematic speed is correspondingly lower due to the rotational shape.
  • the energy required for this movement is generally transmitted by frictional forces.
  • normal forces between the rolling element and raceway are required. If these normal forces are too low, slip occurs between the surfaces. Such slip conditions cause the rolling elements no longer roll with their kinematic speed and also the rolling element does not move kinematically.
  • the bearing may not move kinematically; So it is loaded with slippage. So it can happen in extreme cases that the shaft mounted in the rolling bearing is stationary. If the cage of the bearing rotates, then the rolling elements attach themselves to the outer race of the bearing due to the centrifugal force, so that the cage can reach approximately the rotational speed of the shaft, while the rolling elements lose contact with raceways of the rolling bearing due to the operating play. As a result, a sliding movement of the rolling elements takes place on the raceways of the rolling bearing, which can lead to increased wear or to the aforementioned Anschmtechniken when the rolling elements are loaded suddenly.
  • a gear change transmission is proposed in DE 197 34 980 A1, with at least one via rolling bearings mounted on a gear shaft gear, which is coupled via a coupling element with the transmission shaft, wherein radially between a transmission shaft associated inner raceway and a hub of the Gear wheel associated outer race cylindrical rolling elements are arranged in a rolling bearing cage.
  • At least one rolling body is elastically deformable and radially biased, wherein its diameter is greater than the diameter of the remaining cylindrical rolling elements.
  • the rolling element may consist of a plastic, of a thin-walled hollow steel body or of a spirally or helically wound spring steel. However, such a rolling element is suitable only for roller bearings.
  • a ball for ball bearings which is formed so rotationally symmetrical to a certain axis that connect to a central thick-walled peripheral zone on both sides comparatively thin-walled end zones.
  • the hollow sphere thus has a thick-walled peripheral zone which has the shape of a circular section.
  • the hollow ball is made of a solid ball by turning on a lathe using a profiled tool.
  • the cavity in the initially solid ball can also be produced by a through-bore or a blind bore, wherein the bore is subsequently closed by at least one thin-walled end cap.
  • a hollow ball of a rolling bearing which has a core made of a relatively light steel, which is produced by welding two hemispheres.
  • the hollow, but relatively thick-walled core is coated with a coating of iron with a Rockwell hardness between C 60 and C 65.
  • Such a hollow ball should be light and facilitate the start of a rolling bearing, the hard coating of iron should increase the life.
  • a self-aligning ball bearing a radial roller bearing which either has a through hole through a solid material ball, or having an insert in a solid material ball with a cylindrical hole.
  • the insert consists of a cross-section approximately bone-shaped core with a lower weight compared to the ball.
  • the core has a significantly smaller diameter in the central region of the hole than the hole, while it is adapted at its two end portions of the lateral surface of the ball and welded thereto.
  • the hollow sphere consists of two outer, mutually welded hemispheres, wherein in the ball cavity concentric two further hemispheres hollow balls are arranged. Such an arrangement should facilitate the welding of the outer hemispheres or lead to a better weld.
  • the invention has for its object to provide a bearing ball, which eliminates the disadvantages and which is also easy to manufacture. Another object is to describe a suitable method for producing such a bearing ball and to provide a cage for a rolling bearing with such bearing balls.
  • the invention is based on the features of the first main claim of a bearing ball of a rolling bearing with an outer ring and an inner ring, between which a plurality of bearing balls are arranged, of which at least one ball bearing a ball body made of solid steel material with an axial cylindrical through hole, in which coaxial an insert is used.
  • a cylindrical sleeve is pressed into the cylindrical bore, the jacket rests over its entire surface on the cylindrical bore wall of the bearing ball, wherein the output diameter of the sleeve is greater than the bore diameter.
  • the length of the sleeve is smaller than or equal to the length of the bore in the bearing ball.
  • the initial diameter of the sleeve between 0.1% and 15%, in particular between 0.1% and 10%, is greater than that of the diameter of the bore.
  • Another embodiment of the invention provides that the bore is provided at its ends with conical widening.
  • the diameter of the bore is between 10% and 70% of the diameter of the bearing ball.
  • the sleeve consists of a material which is equal to the material of the spherical body, or that the sleeve consists of a material which differs from the material of the spherical body.
  • This embodiment can be supplemented by the fact that the sleeve consists of an alloy containing aluminum, brass, zinc or lead, or consists of sintered material or a low alloy steel or an alloy with memory effect.
  • the sleeve consists of a polymer material, of a ceramic material, of a fiber composite material or of another non-metallic material.
  • the insert has end caps whose surface shape of the mantle surface of the spherical body is adjusted.
  • This embodiment can also be supplemented by the fact that the cavities of the bore and the sleeve are ejected with an insert, said insert consists of a material which is a plastic, a ceramic material or a sprayable metal alloy.
  • the cylindrical bore has a radially inner lateral surface with a conical geometry
  • the cylindrical sleeve has a radially outer lateral surface with a conical geometry, wherein the two conical lateral surfaces are employed against each other.
  • the bearing ball consists of a bearing steel, in particular a 10OCr ⁇ steel.
  • the bearing ball and the cylindrical sleeve are connected to each other via an adhesive or solder joint. It can also be provided that a joining surface between the bearing ball and the cylindrical sleeve is provided with a coating which is particularly suitable for preventing fretting corrosion and / or changing the coefficient of friction in the joining surfaces.
  • a micro positive connection in particular by knurling, is made.
  • the bearing ball has a plurality of nested cylindrical sleeves.
  • a bearing ball according to the invention can be used in a cage which is designed such that the cage limits a rotational movement of the bearing ball such that only a spherical outer surface of the bearing ball with a raceway of a rolling bearing, in particular with both raceways of the rolling bearing can come into contact ,
  • the invention also relates to a method for producing a bearing ball of a rolling bearing having an outer ring and an inner ring, in which a ball body made of solid steel material is provided with an axial cylindrical bore, in which then an insert is inserted coaxially.
  • a cylindrical sleeve is pressed in such a way that the shell of the sleeve over its entire surface bears against the cylindrical bore wall of the bearing ball.
  • This method can be supplemented by the fact that after the injection of the sleeve in the spherical body, the cavities of the bore and the sleeve together poured out to form an insert or extended. be injected, wherein the insert is then adapted to the surface profile of the mantle surface of the spherical body, that are formed on the insert end caps.
  • cylindrical sleeve is widened partially plastic only after joining, so that in a joint between the cylindrical sleeve and the bearing ball a permanent surface pressure arises.
  • the invention also relates to a cage for a rolling bearing bearing balls of a rolling bearing with outer ring and inner ring, between which a plurality of bearing balls is arranged, of which at least one ball bearing a ball body made of a solid steel material with an axial cylindrical bore, in which coaxial an insert is used.
  • the cage is designed in such a way, for example by appropriate shaping or geometric design, that this limits a rotational movement of the at least one bearing ball such that only a spherical shell surface of the bearing ball with a raceway of the rolling bearing, in particular with both raceways of the rolling bearing, in Can contact.
  • the cage is used in conjunction with the bearing balls according to the invention, it being possible for a cylindrical sleeve to be pressed into the cylindrical bore whose outer surface bears against the cylindrical bore wall of the bearing ball, the starting diameter of the sleeve being greater than the bore diameter ,
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a bearing ball according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the ball bearing according to Fig. 1,
  • Fig. 3 is a longitudinal section through a second embodiment of a bearing ball according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show a first exemplary embodiment of a bearing ball 1 according to the invention of a roller bearing, not shown, with an outer ring and an inner ring.
  • 1 shows the bearing ball 1 in longitudinal section and Fig. 2 the same in cross section along a line A-A of FIG. 1.
  • the bearing ball 1 has a spherical body 2, which consists of a solid steel material.
  • a cylindrical bore 3 is passed, whereby the spherical body assumes the shape of a circle segment in cross section.
  • the original spherical shape is indicated in Fig. 1 by dashed lines.
  • an insert which is a hollow cylinder or a cylindrical sleeve 5, which is pressed into the bore 3, so that the shell 6 of the sleeve 5 over the entire surface over the length of the sleeve 5 to the bore wall 4 applies.
  • the bore 3 is provided at its ends with conical widenings 7.
  • the sleeve 5 may extend in deviation from the embodiment shown in Fig. 1 to the conical extensions 7, so completely lining the bore wall 4.
  • the sleeve 5 As a material for the sleeve 5 are a number of materials in question, especially aluminum showed good properties in operation. But other materials are possible, in particular steel alloys, which may differ from the spherical body 2 material properties, but also brass, nickel, zinc or other metallic alloys. In addition, the use of ceramic or polymer materials is possible, as well as the use of fiber composites.
  • the initial diameter of the sleeve 5 is slightly larger than the diameter of the bore 3 before being pressed in, so that a radially outwardly directed force is exerted on the spherical body 2 by the pressing of the sleeve 5, and thus a bias in the spherical body 2 acts. As a result, bending alternating stresses occurring at the bore wall 4 during operation are reduced.
  • the ball body is first pierced in a manner known per se, and the extensions 7 are produced. Subsequently, the sleeve 5 is pressed into the bore 3 with a suitable tool.
  • the now finished bearing ball 1 is inserted into a bearing cage with further bearing balls, which can be identical bearing balls 1 or conventional solid balls, and connected to the outer ring and the inner ring of the rolling bearing.
  • the bearing cage has correspondingly shaped retaining lugs, which engage in the bore 3 for guiding the bearing ball 1.
  • these bearing balls 1 are arranged in a likewise unspecified cage, which is designed or shaped such that it restricts a rotational movement of these bearing balls 1 such that only the spherical outer surface of the bearing ball 1 with two raceways of the rolling bearing, in Can contact.
  • FIG. 3 A second embodiment according to the invention, in which no specially shaped bearing cage is necessary here in particular, show the figures 3 and 4, wherein in Fig. 3, the bearing ball 1 in longitudinal section and in Fig. 4 in cross section along the line AA of FIG. 3 is shown.
  • the basic structure of this bearing ball 1 corresponds to the structure of the bearing ball of Figures 1 and 2.
  • the bearing ball 1 on a spherical body 2 which consists of a solid steel material.
  • a cylindrical bore 3 is passed, whereby the spherical body 2 assumes the shape of a circular segment in cross section.
  • a hollow cylindrical sleeve 5 is pressed so that the jacket 6 of the sleeve 5 over the entire length of the sleeve 5 rests against the bore wall 4.
  • the sleeve 5 has over the sleeve 5 shown in Fig. 1 on a greater length.
  • the real difference to the embodiment shown in Figures 1 and 2 is that the cavities of the bore 3 and the sleeve 5 are filled together with a cross-section approximately bone-shaped insert 8.
  • the insert 8 consists of a plastic with which the cavities of the spherical body 2 are ejected. In order to set the spherical body 2 back to its original spherical shape, the insert 8 has been injected into the spherical body 2 in such a way that end caps 9 and 10 are formed whose surface shape adapts to the lateral surface of the spherical body 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagerkugel (1) eines Wälzlagers mit einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen mehrere Lagerkugeln angeordnet sind, von denen wenigstens eine Lagerkugel (1) einen Kugelkörper (2) aus Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindrischen Durchbohrung (3) aufweist, in welche koaxial ein Einsatz (5) eingesetzt ist. Um eine Lagerkugel mit verbesserten Schlupfeigenschaften zu erhalten, ist vorgesehen, dass als Einsatz (5) in die zylindrische Durchbohrung (3) eine zylindrische Hülse (5) eingepresst ist, deren Mantel (6) vollflächig an der zylindrischen Bohrungswandung (4) der Lagerkugel (4) anliegt, wobei der Ausgangsdurchmesser der Hülse (5) größer ist als der Bohrungsdurchmesser.

Description

Lagerkugel eines Wälzlagers, Verfahren zu ihrer Herstellung und Käfig für ein Wälzlager mit solchen Lagerkugeln
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagerkugel eines Wälzlagers mit Außenring und Innenring, zwischen denen eine Mehrzahl von Lagerkugeln angeordnet ist, von denen wenigstens eine Lagerkugel einen Kugelkörper aus einem Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindrischen Durchbohrung aufweist, in welche koaxial ein Einsatz eingesetzt ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Lagerkugel sowie auf einen Käfig für ein Wälzlager mit solchen Lage rkugeln.
Hintergrund der Erfindung
In Wälzlagern erfolgt die Lastübertragung prinzipbedingt durch Wälzkörper. Bei linearer oder rotierender Bewegung des Wälzlagers müssen auch die Wälzkörper bewegt werden. Diese Bewegung erfolgt beispielsweise bei Li- nearführungen mit der halben Geschwindigkeit der beiden Wälzlagerteile, welche bei Linearlagern üblicherweise aus Wagen und Schiene bestehen. Bei rotierenden Lagern ist diese kinematische Geschwindigkeit aufgrund der rotationsförmigen Gestalt entsprechend niedriger. Die für diese Bewegung notwendige Energie wird im Allgemeinen durch Reibkräfte übertragen. Hierfür sind Normalkräfte zwischen Wälzkörper und Laufbahn erforderlich. Sind diese Normalkräfte zu gering, so entsteht Schlupf zwischen den Oberflächen. Solche Schlupfzustände bewirken, dass die Wälzkörper nicht mehr mit ihrer kinematischen Geschwindigkeit rollen und auch der Wälzkörpersatz sich nicht mehr kinematisch bewegt.
Wird nun die Last schnell erhöht, so wird in sehr kurzer Zeit mit parallelem Anstieg der Reibkräfte der jeweilige Wälzkörper bzw. der Wälzkörpersatz beschleunigt. Dadurch, dass plötzlich eine erhöhte Reibleistung im Wälzkon- takt übertragen werden muss, treten ungewünschte Erscheinungen wie punktuell erhöhte Reibwärme auf. Dies kann im Extremfall zu Oberflächenschäden wie Anschmierungen führen. In besonderen Ausnahmezuständen treten aufgrund der Reiberwärmung Gefügeumwandlungen im Material der Lagerteile auf, die zum Totalausfall des Lagers führen können.
Im unbelasteten Zustand läuft das Lager unter Umständen nicht kinematisch um; es ist also mit Schlupf belastet. So kann es im Extremfall vorkommen, dass die im Wälzlager gelagerte Welle stillsteht. Kommt der Käfig des Wälzlagers in Rotationsbewegung, so legen sich die Wälzkörper aufgrund der Zentrifugalkraft an die Außenlaufbahn des Lagers an, so dass der Käfig annähernd die Drehzahl der Welle erreichen kann, während die Wälzkörper aufgrund des Betriebsspiels den Kontakt zu Laufbahnen des Wälzlagers verlieren. Dadurch findet eine Gleitbewegung der Wälzkörper auf den Laufbahnen des Wälzlagers statt, die zu einem erhöhten Verschleiß bzw. zu den genannten Anschmierungen führen kann, wenn die Wälzkörper plötzlich belastet werden. Zur Lösung dieses Problems wird in der DE 197 34 980 A1 ein Zahnräderwechselgetriebe vorgeschlagen, mit wenigstens einem über Wälzlager auf einer Getriebewelle gelagerten Zahnrad, das über ein Kuppelelement mit der Getriebewelle kuppelbar ist, wobei radial zwischen einer der Getriebewelle zugeordneten inneren Laufbahn und einer Nabe des Zahnrads zugeordneten äußeren Laufbahn zylindrische Wälzkörper in einem Wälzlagerkäfig angeordnet sind. Zumindest ein Wälzkörper ist dabei elastisch verformbar ausgebildet und radial vorgespannt, wobei sein Durchmesser größer ist als der Durchmesser der übrigen zylindrischen Wälzkörper. Der Wälzkörper kann dabei aus einem Kunststoff, aus einem dünnwandigen hohlen Stahlkörper oder aus einem spiralförmig oder wendeiförmig gewickelten Federstahl bestehen. Geeignet ist ein derartiger Wälzkörper jedoch ausschließlich für Rollenlager.
Die oben geschilderten Probleme lassen sich bei Wälzlagern, welche als Wälzkörper Kugeln verwenden, nur schwer lösen, auch wenn es hierzu bereits Vorschläge gegeben hat.
Aus der DE 2 407 479 A1 ist eine Hohikugel für Kugellager bekannt, welche derart rotationssymmetrisch zu einer bestimmten Achse ausgebildet ist, dass sich an eine zentrale dickwandige Umfangszone beiderseits vergleichsweise dünnwandige Endzonen anschließen. Die Hohlkugel weist demnach eine dickwandige Umfangszone auf, welche die Form eines Kreisabschnitts hat. Beschrieben wird dort auch ein Herstellungsverfahren, bei dem die Hohlku- gel aus einer massiven Kugel durch Abdrehen auf einer Drehbank unter Verwendung eines profilierten Werkzeugs hergestellt wird. Ferner kann der Hohlraum in der zunächst massiven Kugel auch durch eine Durchgangsbohrung oder eine Sackbohrung hergestellt werden, wobei die Bohrung anschließend durch zumindest eine dünnwandige Endkappe verschlossen wird. Mit einer derartigen Hohlkugel soll sich die Lebensdauer eines mit solchen Kugeln bestückten Wälzlagers auch bei hohen Drehzahlen erhöhen lassen. Aus der US 3,802,753 ist ebenfalls eine Hohlkugel eines Wälzlagers bekannt, welche einen Kern aus einem relativ leichten Stahl aufweist, welcher durch Verschweißen zweier Halbkugeln hergestellt wird. Der hohle, aber relativ dickwandige Kern wird mit einer Beschichtung aus Eisen mit einer Rockwell-Härte zwischen C 60 und C 65 beschichtet. Eine derartige Hohlkugel soll leicht sein und das Anfahren eines Wälzlagers erleichtern, wobei die harte Beschichtung aus Eisen die Lebensdauer erhöhen soll.
Aus der US 4,741 , 632 ist zudem eine sich selbst ausrichtende Lagerkugel eines Radial-Wälzlagers bekannt, die entweder eine Durchbohrung durch eine Vollmaterial-Kugel aufweist, oder die einen Einsatz in einer Vollmaterial- Kugel mit zylindrischem Loch aufweist. Der Einsatz besteht dabei aus einem im Querschnitt etwa knochenförmigen Kern mit einem gegenüber der Kugel geringeren Gewicht. Der Kern weist im zentralen Bereich des Loches einen deutlich geringeren Durchmesser als das Loch auf, während er an seinen beiden Endbereichen der Mantelfläche der Kugel angepasst und mit dieser verschweißt ist.
Eine weitere Hohlkugel eines Lagers ist aus der US 3,485,542 bekannt. Die Hohlkugel besteht aus zwei äußere, miteinander verschweißte Halbkugeln, wobei im Kugelhohlraum konzentrisch zwei weitere aus Halbkugeln bestehende Hohlkugeln angeordnet sind. Eine derartige Anordnung soll das Verschweißen der äußeren Halbkugeln erleichtern bzw. zu einer besseren Schweißnaht führen.
Schließlich ist aus der US 3,574,428 eine andere als Hohlkugel ausgebildete Lagerkugel bekannt. Diese besteht aus zwei miteinander verschweißten Halbkugeln, in welche ein Wärme absorbierender Kern, beispielsweise aus Beryllium, eingefüllt ist. Um die Verbindung des Wärme absorbierenden Kerns mit den Halbkugeln zu erleichtern, weist der Kern eine Beschichtung aus Silber oder aus einem Material ähnlicher Eigenschaft auf. Die Verwendung von mehrteiligen Lagerkugeln zur Lösung der geschilderten Probleme ist an sich vorteilhaft. Jedoch sind die bislang bekannten Lösungen in der Herstellung aufwendig und teuer, oder sie weisen im Betrieb Nachteile auf, die sie für eine Verwendung in hoch belasteten Lagern als ungeeignet erscheinen lassen. Zudem lässt sich mit den vorbekannten Lagerkugeln eine Vorspannung des Lagers zur Vermeidung unerwünschter Schlupfbewegungen der Lagerkugel nicht oder nur ungenügend erreichen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerkugel zu schaffen, welche die geschilderten Nachteile beseitigt und welche zudem einfach herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe besteht in dem Beschreiben eines geeigne- ten Verfahrens zur Herstellung einer solchen Lagerkugel sowie in Schaffung eines Käfigs für ein Wälzlager mit solchen Lagerkugeln.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des ersten Hauptanspruchs aus von einer Lagerkugel eines Wälzlagers mit einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen mehrere Lagerkugeln angeordnet sind, von denen wenigstens eine Lagerkugel einen Kugelkörper aus Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindrischen Durchgangsbohrung aufweist, in welche koaxial ein Einsatz eingesetzt ist. Als Einsatz ist eine zylindrische Hülse in die zylindrische Bohrung eingepresst, deren Mantel vollflächig an der zylindrischen Bohrungswandung der Lagerkugel anliegt, wobei der Ausgangsdurchmesser der Hülse größer ist als der Bohrungsdurchmesser. Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft erreicht, dass eine derart ausgebildete Lagerkugel eine geringere Steifigkeit als eine Vollkugel aufweist. Durch die elastische Vorspannung, welche insbesondere durch die eingepresste Hülse erzeugt wird, bewirkt eine Lagerkugel innerhalb eines Wälzkörpersatzes des Wälzlagers, dass der Wälzkörpersatz auch bei geringer äußerer Lagerbelastung kinematisch umläuft bzw. umlaufen kann. Die als Einsatz dienende Hülse bewirkt ferner, dass Biegewechselspannungen an der Innenseite der Bohrung, also der Bohrungswandung, reduziert werden, welches sich positiv auf die Lebensdauer der Lagerkugel auswirkt.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Länge der Hülse kleiner oder gleich groß ist wie die Länge der Bohrung in der Lagerkugel.
Gemäß anderer praktischen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Ausgangsdurchmesser der Hülse zwischen 0,1 % und 15 %, insbesondere zwischen 0,1% und 10%, größer ist als der der Durchmesser der Bohrung.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bohrung an ihren Enden mit konischen Aufweitungen versehen ist.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung vorzusehen, dass der Durchmesser der Bohrung zwischen 10% und 70% des Durchmessers der Lagerkugel beträgt.
In einer besonders praktischen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hülse aus einem Material besteht, welches gleich dem Material des Kugelkörpers ist, oder auch dass die Hülse aus einem Material besteht, welches vom Material des Kugelkörpers abweicht. Diese Ausgestaltung lässt sich noch dadurch ergänzen, dass die Hülse aus einer Legierung besteht, welche Aluminium, Messing, Zink oder Blei enthält, oder aus Sintermaterial oder aus einem niedrig legierten Stahl oder aus einer Legierung mit Memory-Effekt besteht.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Hülse aus einem Polymerwerkstoff, aus einem keramischen Werkstoff, aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem anderen nicht-metallischen Material besteht.
Besonders vorteilhaft ist ebenso eine Ausgestaltung der Erfindung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Hohlräume der Bohrung und der Hülse gemeinsam mit einem im Querschnitt etwa knotenförmigen Einsatz verfüllt sind, wobei der Einsatz Endkappen aufweist, deren Oberflächenverlauf der Manteloberfläche des Kugelkörpers angepasst ist.
Diese Ausgestaltung lässt sich auch noch dadurch ergänzen, dass die Hohlräume der Bohrung und der Hülse mit einem Einsatz ausgespritzt sind, wobei dieser Einsatz aus einem Material besteht, welches ein Kunststoff, ein keramischer Werkstoff oder eine spritzbare Metalllegierung ist.
Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die zylindrische Bohrung eine radial innere Mantelfläche mit einer kegeligen Geometrie aufweist, und dass die zylindrische Hülse eine radial äußere Mantelfläche mit einer kegeligen Geometrie hat, wobei die beiden kegeligen Mantelflächen gegeneinan- der angestellt sind.
Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass die Lagerkugel aus einem Wälzlagerstahl, insbesondere aus einem 10OCrθ-Stahl, besteht.
Femer ist in einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Lagerkugel und die zylindrische Hülse über eine Klebe- oder Lötverbindung miteinander verbunden sind. Auch kann vorgesehen sein, dass eine Fügefläche zwischen der Lagerkugel und der zylindrischen Hülse mit einer Beschichtung versehen ist, welche insbesondere geeignet ist zur Vermeidung von Reibkorrosion und/oder Veränderung des Reibwertes in der Fügeflächen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwischen der Lagerkugel und der zylindrischen Hülse ein Micro Formschluss, insbesondere durch Rändeln, hergestellt ist.
Darüber hinaus kann besonderers bevorzugt vorgesehen werden, dass die Lagerkugel mehrere ineinander geschachtelte zylindrische Hülsen aufweist.
Bevorzugt kann eine erfindungsgemäße Lagerkugel in einem Käfig verwendet werden, der derart ausgebildet ist, dass der Käfig eine Drehbewegung der Lagerkugel derart einschränkt, dass nur eine kugelförmige Mantelfläche der Lagerkugel mit einer Laufbahn eines Wälzlagers, insbesondere mit beiden Laufbahnen des Wälzlagers, in Kontakt treten kann.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Lager- kugel eines Wälzlagers mit einem Außenring und einem Innenring, bei welchem ein Kugelkörper aus Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindrischen Durchbohrung versehen wird, in welche anschließend koaxial ein Einsatz eingesetzt wird. Verfahrensgemäß ist außerdem vorgesehen, dass als Einsatz in die zylindrische Bohrung eine zylindrische Hülse derart eingepresst wird, dass der Mantel der Hülse vollflächig an der zylindrischen Bohrungswandung der Lagerkugel anliegt.
Dieses Verfahren lässt sich noch dadurch ergänzen, dass nach dem Einpressen der Hülse in den Kugelkörper die Hohlräume der Bohrung und der Hülse gemeinsam unter Bildung eines Einsatzes ausgegossen oder ausge- spritzt werden, wobei der Einsatz an den Oberflächenverlauf der Manteloberfläche des Kugelkörpers anschließend dadurch angepasst wird, dass an den Einsatz Endkappen angeformt werden.
Auch kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die zylindrische Hülse erst nach dem Fügen teilplastisch aufgeweitet wird, so dass in einer Fuge zwischen der zylindrischen Hülse und der Lagerkugel eine dauerhafte Flächenpressung entsteht.
Auch betrifft die Erfindung einen Käfig für ein Wälzlager mit Lagerkugeln eines Wälzlagers mit Außenring und Innenring, zwischen denen eine Mehrzahl von den Lagerkugeln angeordnet ist, von denen wenigstens eine Lagerkugel einen Kugelkörper aus einem Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindrischen Durchbohrung aufweist, in welche koaxial ein Einsatz eingesetzt ist.
Der Käfig ist dabei derart ausgebildet, beispielsweise durch entsprechende Formung bzw. geometrische Gestaltung, dass dieser eine Drehbewegung der mindestens einen Lagerkugel derart einschränkt, dass nur eine kugel- förmige Mantelfläche der Lagerkugel mit einer Laufbahn des Wälzlagers, insbesondere mit beiden Laufbahnen des Wälzlagers, in Kontakt treten kann.
Besonders bevorzugt wird der Käfig in Verbindung mit den erfindungsgemä- ßen Lagerkugeln verwendet, wobei als Einsatz eine zylindrische Hülse in die zylindrische Bohrung eingepresst werden kann, deren Mantel vollflächig an der zylindrischen Bohrungswandung der Lagerkugel anliegt, wobei der Ausgangsdurchmesser der Hülse größer ist als der Bohrungsdurchmesser. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lagerkugel gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Lagerkugel nach Fig. 1 ,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Lagerkugel gemäß der Erfindung, und
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Lagerkugel aus Fig. 3.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs- gemäßen Lagerkugel 1 eines nicht dargestellten Wälzlagers mit einem Außenring und einem Innenring dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 die Lagerkugel 1 im Längsschnitt und Fig. 2 dieselbe im Querschnitt entlang einer Linie A-A gemäß Fig. 1. Die Lagerkugel 1 weist einen Kugelkörper 2 auf, welcher aus einem Stahl-Vollmaterial besteht. In den Kugelkörper 2 ist eine zylindrische Bohrung 3 hindurchgeführt, wodurch der Kugelkörper im Querschnitt die Form eines Kreissegments annimmt. Die ursprüngliche Kugelform ist in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Durch die Bohrung 3 erhält der Kugelkörper 2 eine zylindrische Bohrungs- wandung 4. In die Bohrung 3 ist koaxial ein Einsatz eingesetzt, bei welchem es sich um einen Hohlzylinder bzw. um eine zylindrische Hülse 5 handelt, welche in die Bohrung 3 eingepresst ist, so dass sich der Mantel 6 der Hülse 5 vollflächig über die Länge der Hülse 5 an die Bohrungswandung 4 anlegt. Um das Einpressen der Hülse 5 zu erleichtern, ist die Bohrung 3 an ihren Enden mit konischen Aufweitungen 7 versehen. Die Hülse 5 kann sich in Abweichung zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform bis zu den konischen Erweiterungen 7 erstrecken, also die Bohrungswandung 4 vollständig auskleiden.
Als Material für die Hülse 5 kommen eine Reihe von Materialien in Frage, insbesondere Aluminium zeigte im Betrieb gute Eigenschaften. Aber auch andere Materialen sind möglich, insbesondere Stahllegierungen, welche gegenüber dem Kugelkörper 2 abweichende Materialeigenschaften aufweisen können, aber ebenso Messing, Nickel, Zink oder andere metallische Legierungen. Darüber hinaus ist auch der Einsatz keramischer oder polyme- rer Werkstoffe möglich, ebenso wie der von Faserverbundwerkstoffen.
Der Ausgangsdurchmesser der Hülse 5 ist vor deren Einpressen geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrung 3, so dass durch das Einpressen der Hülse 5 eine radial nach außen weisende Kraft auf den Kugelkörper 2 ausgeübt wird, und damit eine Vorspannung in dem Kugelkörper 2 wirkt. Hierdurch werden im Betrieb entstehende Biegewechselspannungen an der Bohrungswandung 4 reduziert.
Zur Herstellung der Lagerkugel 1 gemäß den Figuren 1 und 2 wird zunächst in an sich bekannter Weise der Kugelkörper durchbohrt sowie die Erweiterungen 7 erzeugt. Anschließend wird mit einem geeigneten Werkzeug die Hülse 5 in die Bohrung 3 eingepresst. In einem weiteren an sich bekannten Schritt wird die nun fertige Lagerkugel 1 mit weiteren Lagerkugeln, bei denen es sich um identische Lagerkugeln 1 oder um herkömmliche Vollkugeln han- dein kann, in einen Lagerkäfig eingesetzt und mit dem Außenring und dem Innenring des Wälzlagers verbunden. Der Lagerkäfig weist dabei entsprechend geformte Haltenasen auf, welche zur Führung der Lagerkugel 1 in die Bohrung 3 eingreifen.
Im Wälzlager sind diese Lagerkugeln 1 in einem ebenfalls nicht näher dar- gestellten Käfig angeordnet, welcher derart ausgebildet bzw. geformt ist, dass er eine Drehbewegung dieser Lagerkugeln 1 derart einschränkt, dass nur die kugelförmige Mantelfläche der Lagerkugel 1 mit beiden Laufbahnen des Wälzlagers, in Kontakt treten kann.
Eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der hier im Besonderen kein speziell geformter Lagerkäfig notwendig ist, zeigen die Figuren 3 und 4, wobei in Fig. 3 die Lagerkugel 1 im Längsschnitt und in Fig. 4 im Querschnitt entlang der Linie A-A nach Fig. 3 dargestellt ist. Der prinzipielle Aufbau dieser Lagerkugel 1 entspricht dem Aufbau der Lagerkugel aus den Figuren 1 und 2. Ebenso wie diese weist die Lagerkugel 1 einen Kugelkörper 2 auf, welcher aus einem Stahl-Vollmaterial besteht. In den Kugelkörper 2 ist eine zylindrische Bohrung 3 hindurchgeführt, wodurch der Kugelkörper 2 im Querschnitt die Form eines Kreissegments annimmt.
Durch die Bohrung 3 erhält der Kugelkörper 2 eine zylindrische Bohrungswandung 4. In die Bohrung 3 ist eine hohlzylindrische Hülse 5 eingepresst, so dass sich der Mantel 6 der Hülse 5 vollflächig über die Länge der Hülse 5 an die Bohrungswandung 4 anlegt. Die Hülse 5 weist gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Hülse 5 eine größere Länge auf.
Der eigentliche Unterschied zu der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Hohlräume der Bohrung 3 und der Hülse 5 gemeinsam mit einem im Querschnitt etwa knochenförmigen Einsatz 8 verfüllt sind. Der Einsatz 8 besteht aus einem Kunststoff, mit dem die Hohl- räume des Kugelkörpers 2 ausgespritzt sind. Um den Kugelkörper 2 zu seiner ursprünglichen Kugelgestalt zurück zu versetzen, ist der Einsatz 8 derart in den Kugelkörper 2 eingespritzt worden, dass Endkappen 9 und 10 gebildet sind, deren Oberflächenverlauf sich der Manteloberfläche des Kugelkörpers 2 anpasst.
Es ist auch möglich, anstelle eines Kunststoffes ein anderes Material zum
Verschließen der Hohlräume und zur Wiederherstellung der Kugel- Idealgestalt zu verwenden. So kommen beispielsweise blei- oder graphithaltige Metalllegierungen in Frage, ferner auch andere Materialien, wie etwa keramische Werkstoffe oder eine andere spritzbare Metalllegierung.
Bezugszeichenliste
1 Lagerkugel
2 Kugelkörper
3 Bohrung
4 Bohrungswandung
5 Hülse
6 Mantel
7 Konische Erweiterung
8 Einsatz
9 Endkappe
10 Endkappe
A Schnitt-Linie

Claims

Patentansprüche
1. Lagerkugel (1) eines Wälzlagers mit einem Außenring und einem Innenring, zwischen denen eine Mehrzahl von Lagerkugeln angeordnet ist, von denen wenigstens eine Lagerkugel (1) einen Kugelkörper (2) aus Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindrischen Durchbohrung (3) aufweist, in welche koaxial ein Einsatz (5) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Einsatz (5) in die zylindrische Bohrung (3) eine zylindrische Hülse (5) eingepresst ist, deren Mantel (6) vollflächig an der zylindrischen Bohrungswandung (4) der Lagerkugel (4) anliegt, wobei der Ausgangsdurchmesser der Hülse (5) größer ist als der Bohrungsdurchmesser.
2. Lagerkugel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Hülse (5) kleiner oder gleich groß ist wie die Länge der Bohrung (3).
3. Lagerkugel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangs-Durchmesser der Hülse (5) zwischen 0,1 % und 15%, insbesondere zwischen 0,1% und 10%, größer ist als der Durchmesser der Bohrung (3).
4. Lagerkugel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (3) an ihren Enden mit konischen Aufweitungen (7) versehen ist.
5. Lagerkugel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bohrung (3) zwischen 10% und 70% des Durchmessers der Lagerkugel (1) beträgt.
6. Lagerkugel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) aus einem Material besteht, welches gleich dem Material des Kugelkörpers (2) ist, oder dass die Hülse (5) aus einem Material besteht, welches vom Material des Kugelkörpers (2) abweicht.
7. Lagerkugel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) aus einer Legierung besteht, welche Aluminium, Messing, Zink oder Blei enthält, oder aus Sintermaterial oder aus einem niedrig legierten Stahl oder aus einer Legierung mit Memory-Effekt besteht.
8. Lagerkugel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) aus einem Polymerwerkstoff, aus einem keramischen Werkstoff, aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem anderen nichtmetallischen Material besteht.
9. Lagerkugel nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume der Bohrung (3) und der Hülse (5) mit einem im Querschnitt etwa knochenförmigen Einsatz (8) verfüllt sind, wobei der Einsatz (8) Endkappen (9, 10) aufweist, deren Ober- flächenverlauf der Manteloberfläche des Kugelkörpers (2) angepasst ist.
10. Lagerkugel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume der Bohrung (3) und der Hülse (5) mit dem Einsatz (8) ausge- spritzt sind, wobei der Einsatz (8) aus einem Material besteht, welches ein Kunststoff, ein keramischer Werkstoff oder eine spritzbare Metalllegierung ist.
11. Lagerkugel nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Bohrung eine radial innere Mantelfläche mit einer kegeligen Geometrie aufweist, und dass die zylindrische Hülse eine radial äußere Mantelfläche mit einer kege- ligen Geometrie hat, wobei die beiden kegeligen Mantelflächen gegeneinander angestellt sind.
12. Lagerkugel nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugel aus einem Wälzla- gerstahl, insbesondere aus einem 100Cr6-Stahl, besteht.
13. Lagerkugel nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugel und die zylindrische Hülse über eine Klebe- oder Lötverbindung miteinander verbunden sind.
14. Lagerkugel nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fügefläche zwischen der Lagerkugel und der zylindrischen Hülse mit einer Beschichtung versehen ist, welche insbesondere geeignet ist zur Vermeidung von Reibkorrosion und/oder Veränderung des Reibwertes in der Fügeflächen.
15. Lagerkugel nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lagerkugel und der zy- lindrischen Hülse ein Micro Formschluss, insbesondere durch Rändeln, hergestellt ist.
16. Lagerkugel nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugel mehrere ineinander geschachtelte zylindrische Hülsen aufweist.
17. Lagerkugel nach einem der voranstehenden Ansprüche eingesetzt in einem Käfig, der derart ausgebildet ist, dass der Käfig eine Drehbewegung der Lagerkugel derart einschränkt, dass nur eine kugelförmige Mantelfläche der Lagerkugel mit einer Laufbahn eines Wälzlagers, insbesondere mit beiden Laufbahnen des Wälzlagers, in Kontakt treten kann.
18. Verfahren zur Herstellung einer Lagerkugel (1) eines Wälzlagers mit einem Außenring und einem Innenring, bei welchem ein Kugelkörper (2) aus Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindrischen Durchbohrung (3) versehen wird, in welche anschließend koaxial ein Einsatz (5) eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Einsatz (5) in die zylindrische Bohrung (3) eine zylindrische Hülse (5) derart eingepresst wird, dass der Mantel (6) der Hülse (5) vollflächig an der zylindrischen Bohrungswandung (4) der Lagerkugel (1 ) anliegt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einpressen der Hülse (5) in den Kugelkörper (2) die Hohlräume der Bohrung (3) und der Hülse (5) unter Bildung eines Einsatzes (8) ausgegossen oder ausgespritzt werden, wobei der Einsatz (8) an den
Oberflächenverlauf der Manteloberfläche des Kugelkörpers (2) dadurch angepasst wird, dass an den Einsatz (8) Endkappen (9, 10) angeformt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Hülse erst nach dem Fügen teilplastisch aufgeweitet wird, so dass in einer Fuge zwischen der zylindrischen Hülse und der Lagerkugel eine dauerhafte Flächenpressung entsteht.
21. Käfig für ein Wälzlager mit Lagerkugeln eines Wälzlagers mit Außenring und Innenring, zwischen denen eine Mehrzahl von den Lagerkugeln angeordnet ist, von denen wenigstens eine Lagerkugel einen Kugelkörper aus einem Stahl-Vollmaterial mit einer axialen zylindri- sehen Durchbohrung aufweist, in welche koaxial ein Einsatz eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig derart ausgebildet ist, dass der Käfig eine Drehbewegung der mindestens einen Lagerkugel derart einschränkt, dass nur eine kugelförmige Mantelfläche der Lagerkugel mit einer Laufbahn des Wälzlagers, insbesondere mit bei- den Laufbahnen des Wälzlagers, in Kontakt treten kann.
22. Käfig nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lagerkugel gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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