WO2011113647A2 - Kegelrollenlager mit profilierter laufbahn - Google Patents

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WO2011113647A2
WO2011113647A2 PCT/EP2011/051948 EP2011051948W WO2011113647A2 WO 2011113647 A2 WO2011113647 A2 WO 2011113647A2 EP 2011051948 W EP2011051948 W EP 2011051948W WO 2011113647 A2 WO2011113647 A2 WO 2011113647A2
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profiling
raceway
tapered roller
roller bearing
track
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WO2011113647A3 (de
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Robert Heuberger
Bernhard Wilm
Marc-André SCHAEFER
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F16C19/36—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers
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    • F16C2326/01—Parts of vehicles in general
    • F16C2326/02—Wheel hubs or castors

Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller bearing with a first bearing ring, which has a cone-shaped first career, which is profiled to avoid edge wear.
  • the tapered roller bearing may be, for example, the bearing of a shaft of a transmission or a wheel bearing of a motor vehicle, for example, the wheel bearing of a truck.
  • the US 6,513,985 B2 shows a tapered roller bearing with rollers whose surfaces are each profiled convex.
  • the rollers run on concave treads.
  • the roller bearing further has a shelf with a concave surface which acts on convex shaped end faces of the rollers. This arrangement is to allow a uniform load on the rollers and the raceways.
  • US 2,595,121 shows a tapered roller bearing whose rollers have concave shaped surfaces which roll on convex shaped raceways. The formation of the rollers and the raceways serves to reduce the friction in the leadership of the roles.
  • a tapered roller bearing is known whose raceways may be straight, spherical or loga thmisch curved, with large curvature or radii of curvature are possible.
  • DE 199 28 246 B4 shows a tapered roller bearing in which an outer peripheral surface of each rolling element is defined by a Wälzvid- definition track. At least one of the rolling surface definition tracks has a first radius of curvature. All other of the rolling surface definition paths have a second radius of curvature which differs from the first radius of curvature. As a result, the occurrence of an edge load at a large Achsverschiebungswinkel should be prevented.
  • the object of the present invention is to provide a tapered roller bearing whose raceways are uniformly loaded even under high stress.
  • the areas of the raceway near the smallest diameter of the track should be used in case of load.
  • the above object is achieved by a tapered roller bearing according to the appended claim 1.
  • the tapered roller bearing according to the invention initially comprises a first bearing ring with a cone-shaped first raceway.
  • the first career has a profiling, which among other things serves to avoid edge wear and similar effects.
  • the profiling is formed along the generatrices of the first career. Consequently, the profiling is formed in a plane which also includes the axis of rotation of the tapered roller bearing.
  • the height of the profiling has a maximum at a center point of the profiling and, starting from the maximum, decreases at least in the direction of a larger diameter of the first career.
  • the profiling of the first career is convex.
  • the tapered roller bearing according to the invention further comprises a rotatable relative to the first bearing ring second bearing ring with a cone-shaped second raceway.
  • the second raceway can be ideally conical or also formed with a profiling.
  • the first bearing ring or the second bearing ring can each be formed as an integral part of a further machine element.
  • the tapered roller bearing according to the invention can be designed in one embodiment as a wheel bearing so that the second bearing ring and a hub of the wheel to be supported form a single machine element.
  • the tapered roller bearing according to the invention further comprises tapered rollers, which act as rolling elements and are rotatably arranged between the first raceway and the second raceway.
  • the tapered roller bearing according to the invention is similar to a known from the prior art tapered roller bearings. It may also include other components, such as a cage.
  • the tapered roller bearing according to the invention may be single-row, double-row or multi-row.
  • the height of the profiling of the first track decreases from the maximum in the direction of the larger diameter of the first track with a greater steepness than starting from the maximum in the direction of a smaller diameter of the first track.
  • the steepness describes the increase in the height of the profile to be taken as a function, which depends on the extent of the profiling along the surface line. The increase is not positive starting from the maximum on both sides.
  • the profile drops more in the direction of the larger diameter of the first track than in the direction of the smaller diameter of the first track. Consequently, the profiling is asymmetrical with respect to its center, which at the same time forms its maximum.
  • the smaller and larger diameter of the first career arise from its cone-shaped design.
  • the first raceway may be axially limited by a small board at the smallest diameter and by a large board at the largest diameter.
  • the greater steepness of the acceptance The height of the profiling in the direction of the larger diameter of the first raceway is formed at least in a larger part of this area of the first raceway.
  • the profiling of the first raceway can also have areas, in particular at their edge, which show a different slope of the decrease in height. In any case, for a large, at least half comprehensive part of the profiling of the first career that it decreases, starting from the maximum in the direction of the larger diameter of the first career with a greater slope than from the maximum towards the smaller diameter of the first career. This is especially preferred for at least 90% of the extent of the profiling along the surface line.
  • a particular advantage of the tapered roller bearing according to the invention is that the asymmetric profiling of the first track leads to a lower surface pressure level, so that the tapered roller bearing can be subjected to higher loads or has a longer service life.
  • the first bearing ring is preferably formed by a bearing inner ring, while the second bearing ring is formed by a bearing outer ring. Consequently, the first raceway is formed by an inner raceway, while the second raceway is formed by an outer raceway.
  • the asymmetrical profiling provided by the invention is thus present at least on the inner ring raceway in this embodiment.
  • the tapered roller bearing according to the invention can also be designed such that the first bearing ring is formed by a bearing outer ring, while the second bearing ring is formed by a bearing inner ring, so that the asymmetric profiling is present on the outer ring raceway.
  • the height of the profiling of the first track preferably decreases steadily, starting from the maximum in the direction of the larger diameter of the first track, whereby an optimal distribution of the load is made possible.
  • the height of the profiling of the first track is constant from the maximum in the direction of the smaller diameter of the first track so that it does not decrease in this direction. This embodiment is preferred when the first track in the area between the maximum and the edge at its smallest diameter does not have to have a decreasing in height profiling to avoid edge wear.
  • the height of the profiling of the first raceway starting from the maximum on both sides, d. H. both in the direction of the smaller diameter of the first track and in the direction of the larger diameter of the first track in each case steadily.
  • the decreasing height of the profile of the first raceway in the region between the center of the profiling and the edge of the smallest diameter of the first raceway serves to avoid edge wear and similar effects. In any case, the decrease in the height of the profiling in this area is less pronounced than in the area between the center of the profiling of the first track and the edge at the largest diameter of the first track.
  • the height of the profiling of the first track preferably increases linearly in a first range and disproportionately, for example logarithmically, in a second range adjoining the first range.
  • the first area of the profiling serves, in particular, to absorb forces when the tapered roller holder is subjected to a high load.
  • the second area serves in particular to avoid edge wear.
  • the first raceway is preferably loaded uniformly along the profiling by the tapered rollers.
  • the asymmetric profiling provided according to the invention can best be used to increase the load capacity of the tapered roller bearing or contribute to an extension of the service life of the tapered roller bearing.
  • the second track is profiled in the same way as the first track.
  • the second track on a profiling, which has a maximum in terms of their height at a center on the generatrix. Starting from the maximum, the height of the profiling decreases at least in the direction of a larger diameter of the second career.
  • the profiling of the second career preferably also those features which are given for the profiling of the first career than preferred.
  • the asymmetric profiling of the two raceways means that both raceways are loaded evenly under heavy loads on the tapered roller bearing.
  • Tangents which are applied to the profiling of the first track in the center of the profiling, and opposite tangents, which are applied to the profiling of the second track at the center of the profiling, intersect in pairs in a tangent intersection.
  • the tangent intersection point is not in an unloaded state of the tapered roller bearing on the axis of rotation of the tapered roller bearing, but is spaced therefrom.
  • the tangent intersection point on the tangents is in each case arranged between an intersection of the respective tangent with the axis of rotation of the tapered roller bearing and the center of the respective profiling.
  • the tangent intersection point is shifted from the axis of the tapered roller bearing in the direction of the considered profiling.
  • These tangents are also referred to as generatrices of the raceways.
  • the effect that the tangent intersection points away from the axis of the tapered-roller bearing in the direction of the side of the axis facing away from the profiled elements considered when the tapered-roller bearing is loaded is counteracted.
  • the tangent intersection in a loaded state of the tapered roller bearing is preferably located on the axis of rotation of the tapered roller bearing, so that the tapered rollers can roll off optimally on the two raceways. There is thus no glide, which has a negative effect on the life of the tapered roller bearing.
  • a so-called intersection error of the two raceways is avoided.
  • the tapered rollers of the tapered roller bearing according to the invention preferably each have the shape of a straight truncated cone. Also, the surfaces of the tapered rollers may be profiled for particular embodiments.
  • Fig. 1 a bearing inner ring and a tapered roller of a preferred embodiment of a tapered roller bearing according to the invention in a partial sectional view
  • Fig. 2 a detail of the bearing inner ring shown in Fig. 1 with the
  • tapered roller the tapered roller bearing shown in Figure 1 in an unloaded state in a further partial sectional view. and the tapered roller bearing shown in Fig. 3 in a loaded state.
  • Fig. 1 shows a partial sectional view of a preferred embodiment of a tapered roller bearing according to the invention, which is designed as a wheel bearing for a truck.
  • a bearing inner ring 01 and a tapered roller 02 are shown.
  • the tapered roller bearing further comprises a bearing outer ring 03 (shown in Fig. 3) and further of the tapered rollers 02, the rotating bar between the bearing inner ring 01 and the bearing outer ring 03 are arranged.
  • the cutting plane of the section shown extends through the longitudinal axis of the tapered roller bearing, which at the same time forms a rotation axis 04 (shown in FIG. 3) of the tapered roller bearing.
  • the tapered rollers 02 each have the shape of a straight truncated cone whose lateral surface has no profiling and is therefore shown in section by a trapezoid with straight sides.
  • the bearing inner ring 01 has an inner ring raceway 06 on which the tapered rollers 02 can roll.
  • the inner ring raceway 06 has a cone shape to accommodate the tapered rollers 02 can.
  • the inner raceway 06 at an inner edge 07 has a relation to the rotation axis 04 smaller diameter than at an outer edge 08.
  • the cone shape of the inner raceway 06 is not ideal. Rather, the inner ring raceway 06 shows a convex profiling.
  • the profiling of the inner ring raceway 06 is shown in the cross section shown by a curved line.
  • the height of the profiling of the inner ring raceway 06 has a maximum, so that it has the highest elevation in the center 09. Starting from the center 09, the height of the profiling of the inner ring raceway 06 decreases both in the direction of the larger diameter of the inner ring raceway 06 on the outer edge 08 and in the direction of the smaller diameter of the inner ring raceway 06 on the inner edge 07.
  • the inner edge 07 is also referred to as a small board.
  • the outer edge 08 is also referred to as a large board.
  • FIG. 2 shows a detail of the bearing inner ring 01 shown in FIG. 1 with the tapered roller 02, wherein in particular the inner ring raceway 06 of the bearing inner ring 01 as well as the edge of the tapered roller 02 opposite the inner ring raceway 06 are shown.
  • the height of the profiling of the inner ring raceway 06 starting from the center 09 in the direction of the larger diameter of the inner ring raceway 06 at the outer edge 08 (shown in Fig. 1) with a greater slope than starting from the center 09 in the direction of the smaller diameter of the inner ring raceway 06 at the inner edge 07 (shown in Fig. 1) decreases.
  • Fig. 3 shows a further sectional view of the tapered roller bearing shown in Fig. 1.
  • the bearing inner race 01, one of the tapered rollers 02 and the outer bearing race 03 are shown in an unloaded state of the tapered roller bearing.
  • the bearing outer ring 03 has an outer ring raceway 12 on which the tapered rollers 02 roll.
  • first tangent 13 is shown, which is applied to the outer ring raceway 12 at the center of their profiling.
  • a second tangent 14 is shown, which is applied to the inner ring raceway 06 at the midpoint 09 of their profiling.
  • the two tangents 13, 14 are located in the cutting plane, which also includes the rotation axis 04.
  • the two tangents 13, 14 intersect at a tangent intersection 16, which is spaced from the axis of rotation 04.
  • the first tangent 13 intersects the rotation axis 04 at a first intersection point 17.
  • the tangent intersection point 16 is arranged on the first tangent 13 between the first intersection point 17 and the outer ring raceway 12 contacting the first tangent line 13.
  • Fig. 4 shows the tapered roller bearing shown in Fig. 3 in a loaded state. This is the load that is intended for the operation of the tapered roller bearing.
  • the load causes the bearing inner ring 01, the tapered rollers 02 and the bearing outer ring 03 to tilt slightly towards one another.
  • the tangent intersection point 16 of the first tangent 13 applied to the outer ring raceway 12 and the second tangent 14 applied to the inner raceway 06 is in the loaded state shown on the rotation axis 04, so that the tapered rollers 02 ideally rotate between the outer ring raceway 12 and the inner ring raceway 06 in this state can.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager, welches beispielsweise als Radlager eines Lastkraftwagens ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager umfasst zunächst einen ersten Lagerring (01) mit einer konusförmigen ersten Laufbahn (06). Die erste Laufbahn (06) weist eine Profilierung auf, welche u. a. der Vermeidung von Kantentragen und ähnlichen Effekten dient. Die Höhe der Profilierung weist in einem Mittelpunkt (09) der Profilierung ein Maximum auf und nimmt ausgehend vom Maximum zumindest in Richtung eines größeren Durchmessers (08) der ersten Laufbahn (06) ab. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager umfasst weiterhin einen gegenüber dem ersten Lagerring (01) rotierbaren zweiten Lagerring mit einer konusförmigen zweiten Laufbahn und Kegelrollen (02). Erfindungsgemäß nimmt die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn (06) ausgehend vom Maximum in Richtung des größeren Durchmessers (08) der ersten Laufbahn (06) mit einer größeren Steilheit als ausgehend vom Maximum in Richtung eines kleineren Durchmessers (07) der ersten Laufbahn (06) ab.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Kegelrollenlager mit profilierter Laufbahn Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kegelrollenlager mit einem ersten Lager- ring, welcher eine konusförmige erste Laufbahn besitzt, die zur Vermeidung von Kantentragen profiliert ist. Bei dem Kegelrollenlager kann es sich beispielsweise um das Lager einer Welle eines Getriebes oder um ein Radlager eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise um das Radlager eines Lastkraftwagens handeln.
Die US 4,929,098 zeigt ein Rollenlager, dessen Rollen jeweils eine sphärische Oberfläche aufweisen, mit welcher die Rollen auf konkav geformten Laufbahnen rollen. Die Formung der Rollen und Laufbahnen soll eine Selbstausrichtung des Rollenlagers ermöglichen.
Die US 6,513,985 B2 zeigt ein Kegelrollenlager mit Rollen, deren Oberflächen jeweils konvex profiliert sind. Die Rollen laufen auf konkav profilierten Laufflächen. Das Rollenlager weist weiterhin einen Bord mit einer konkaven Oberfläche auf, welche auf konvex geformte Stirnflächen der Rollen wirkt. Diese An- Ordnung soll eine gleichmäßige Belastung der Rollen und der Laufbahnen ermöglichen.
Die US 2,595,121 zeigt ein Kegelrollenlager, dessen Rollen konkav geformte Oberflächen aufweisen, welche auf konvex geformten Laufbahnen rollen. Die Formung der Rollen und der Laufbahnen dient der Verringerung der Reibung bei der Führung der Rollen. Aus der DE 10 2005 019 482 B4 ist ein Kegelrollenlager bekannt, dessen Laufbahnen gerade, ballig oder loga thmisch gekrümmt ausgebildet sein können, wobei große Balligkeits- bzw. Krümmungsradien möglich sind. Die DE 199 28 246 B4 zeigt ein Kegelrollenlager, bei welchem eine äußere Umfangsfläche eines jeden Wälzelementes durch eine Wälzflächen- Definitionsbahn definiert ist. Mindestens eine der Wälzflächen- Definitionsbahnen weist einen ersten Krümmungsradius auf. Alle anderen der Wälzflächen-Definitionsbahnen weisen einen zweiten Krümmungsradius auf, welcher sich vom ersten Krümmungsradius unterscheidet. Hierdurch soll das Auftreten einer Kantenbelastung bei einem großen Achsverschiebungswinkel verhindert werden.
Aus der DE 10 2005 058 149 A1 ist ein Schrägrollenlager mit gekrümmten Laufbahnen bekannt. Die Krümmung der Laufbahnen führt zu einer Profilierung, durch welche sich bei einer belastungsbedingten Lageverkippung die tragende Längen der Wälzkörper optimal an die jeweiligen Laufbahnenkonturen anpassen sollen. Die Oberflächen der Wälzkörper sind konvex geformt, während die Oberflächen der Laufbahnen konkav geformt sind.
Die DE 10 2004 055 227 A1 zeigt ein Kegelrollenlager, bei welchem sich die Mittellinien der Kegelrollen in einem gemeinsamen Schnittpunkt auf der Längsmittelachse des Kegelrollenlagers schneiden. Die Mantelflächen der Laufbahnen sind durch Mantellinien begrenzt, deren gedachte Verlängerungen sich jeweils in einem Scheitelpunkt schneiden. Dabei liegt der Schnittpunkt der Mittellinien der Kegelrollen zwischen dem Scheitelpunkt der Mantellinien der Innenlaufbahn und dem Scheitelpunkt der Mantellinien der Außenlaufbahn. Diese Anordnung soll zu einer Verringerung der auf die Wälzkörper wirkenden Axial kräfte führen.
In der DE 27 20 887 A1 sind Kegelrollenlager gezeigt, bei denen der Scheitelpunkt des Kegelwinkels der Kegelrollen unter einer äußeren Last neben der Lagerachse liegt. Die Laufflächen der Lagerringe sind derart unterschiedlich ausgebildet, dass sich die Kegelrollen so ausrichten sollen, dass die auftretenden Reibungskräfte den Kräften der äußeren Last entgegenwirken.
Aus der DE 44 40 260 A1 ist ein Kegelrollenlager mit profilierten Laufbahnen bekannt, bei welchem die resultierenden Kräfte aus den Trageellipsen aus der Rollen-/Laufbahnmitte so versetzt sind, dass sich die Kraftlinien Außenring/Kegelrolle, Innenring/Kegelrolle und Bordkraft in einem Punkt schneiden. Hierfür liegt das Profilmaximum nicht in der Laufbahnmitte, sondern zu einem Bord hin verschoben. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Ver- teilung der Last auf die Laufbahn entlang ihrer Profilierung noch nicht optimal ist. Insbesondere sind die Bereiche der Laufbahn nahe dem kleinsten Durchmesser der Laufbahn, d. h. nahe dem kleinen Bord, zu wenig belastet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein Kegelrollenlager bereitzustellen, dessen Laufbahnen auch bei hoher Beanspruchung gleichmäßig belastet sind. Insbesondere sollen auch die Bereiche der Laufbahn nahe dem kleinsten Durchmesser der Laufbahn im Belastungsfall genutzt werden. Die genannte Aufgabe wird durch ein Kegelrollenlager gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager umfasst zunächst einen ersten Lagerring mit einer konusförmigen ersten Laufbahn. Die erste Laufbahn weist eine Profilierung auf, welche u. a. der Vermeidung von Kantentragen und ähnlichen Effekten dient. Die Profilierung ist entlang der Mantellinien der ersten Laufbahn ausgebildet. Folglich ist die Profilierung in einer Ebene ausgebildet, welche auch die Rotationsachse des Kegelrollenlagers umfasst. Die Höhe der Profilierung weist in einem Mittelpunkt der Profilierung ein Maximum auf und nimmt ausgehend vom Maximum zumindest in Richtung eines größeren Durchmessers der ersten Laufbahn ab. Somit ist die Profilierung der ersten Laufbahn konvex ausgebildet. Der Mittelpunkt, in welchem sich das Maximum der Höhe der Profilierung befindet, ist in der Mitte der axialen Erstreckung der Profilie- rung angeordnet, d. h. in der Mitte entlang ihrer Erstreckung auf der Mantellli- nie der ersten Laufbahn. Folglich ist die Profilierung in der Mitte der Mantellinie am meisten erhoben, während sie zumindest in Richtung des größeren Durchmessers der ersten Laufbahn abfällt. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager umfasst weiterhin einen gegenüber dem ersten Lagerring rotierbaren zweiten Lagerring mit einer konusförmigen zweiten Laufbahn. Die zweite Laufbahn kann ideal konusförmig oder auch mit einer Profilierung ausgebildet sein. Der ersten Lagerring oder der zweite Lagerring können bei besonderen Ausführungsformen jeweils als integraler Bestandteil eines weiteren Maschinenele- mentes ausgebildet sein. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Kegelrollenlager in einer Ausführungsform als Radlager so gestaltet sein, dass der zweite Lagerring und eine Nabe des zu lagernden Rades ein einziges Maschinenelement bilden. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager umfasst weiterhin Kegelrollen, welche als Wälzkörper fungieren und rotierbar zwischen der ers- ten Laufbahn und der zweiten Laufbahn angeordnet sind. Insoweit gleicht das erfindungsgemäße Kegelrollenlager einem aus dem Stand der Technik bekannten Kegelrollenlager. Es kann auch weitere Komponenten, wie beispielsweise einen Käfig umfassen. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager kann einreihig, zweireihig oder mehrreihig ausgeführt sein. Erfindungsgemäß nimmt die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn ausgehend vom Maximum in Richtung des größeren Durchmessers der ersten Laufbahn mit einer größeren Steilheit als ausgehend vom Maximum in Richtung eines kleineren Durchmessers der ersten Laufbahn ab. Dabei beschreibt die Steilheit den Anstieg der als Funktion aufzufassenden Höhe der Profilierung, die von der Erstreckung der Profilierung entlang der Mantellinie abhängig ist. Der Anstieg ist ausgehend vom Maximum beiderseits nichtpositiv. Jedenfalls fällt das Profil in Richtung des größeren Durchmessers der ersten Laufbahn stärker als in Richtung des kleineren Durchmessers der ersten Laufbahn ab. Folglich ist die Profilierung asymmetrisch in Bezug auf ihren Mittelpunkt, welcher gleichzeitig deren Maxi- mum bildet. Der kleinere und der größere Durchmesser der ersten Laufbahn ergeben sich aus ihrer konusförmigen Gestaltung. Die erste Laufbahn kann am kleinsten Durchmesser durch einen kleinen Bord und am größten Durchmesser durch einen großen Bord axial begrenzt sein. Die größere Steilheit der Abnah- me der Höhe der Profilierung in Richtung des größeren Durchmessers der ersten Laufbahn ist zumindest in einem größeren Teil dieses Bereiches der ersten Laufbahn ausgebildet. Die Profilierung der ersten Laufbahn kann auch Bereiche, insbesondere an deren Rand aufweisen, welche eine abweichende Steil- heit der Abnahme der Höhe zeigen. Jedenfalls gilt für einen großen, mindestens die Hälfte umfassenden Teil der Profilierung der ersten Laufbahn, dass sie ausgehend vom Maximum in Richtung des größeren Durchmessers der ersten Laufbahn mit einer größeren Steilheit als ausgehend vom Maximum in Richtung des kleineren Durchmessers der ersten Laufbahn abnimmt. Dies gilt be- sonders bevorzugt für mindestens 90 % der Erstreckung der Profilierung entlang der Mantellinie.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers besteht darin, dass die asymmetrische Profilierung der ersten Laufbahn zu einem geringe- ren Flächenpressungsniveau führt, sodass das Kegelrollenlager höheren Belastungen ausgesetzt werden kann bzw. eine höhere Lebensdauer aufweist.
Der erste Lagerring ist bevorzugt durch einen Lagerinnenring gebildet, während der zweite Lagerring durch einen Lageraußenring gebildet ist. Folglich ist die erste Laufbahn durch eine Innenringlaufbahn gebildet, während die zweite Laufbahn durch eine Außenringlaufbahn gebildet ist. Die von der Erfindung vorgesehene asymmetrische Profilierung ist bei dieser Ausführungsform somit zumindest auf der Innenringlaufbahn vorhanden. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager kann auch derart ausgeführt sein, dass der erste Lagerring durch einen Lageraußenring gebildet ist, während der zweite Lagerring durch einen Lagerinnenring gebildet ist, sodass die asymmetrische Profilierung an der Außenringlaufbahn vorhanden ist.
Die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn nimmt ausgehend vom Maxi- mum in Richtung des größeren Durchmessers der ersten Laufbahn bevorzugt stetig ab, wodurch eine optimale Verteilung der Last ermöglicht ist. Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers ist die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn ausgehend vom Maximum in Richtung des kleineren Durchmessers der ersten Laufbahn konstant, sodass sie in diese Richtung nicht abnimmt. Diese Ausführungsform ist dann bevorzugt, wenn die erste Laufbahn in dem Bereich zwischen deren Maximum und dem Rand an ihrem kleinsten Durchmesser keine in ihrer Höhe abnehmende Profilierung aufweisen muss, um ein Kantentragen zu vermeiden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrollen- lagers nimmt die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn ausgehend vom Maximum beiderseits, d. h. sowohl in Richtung des kleineren Durchmessers der ersten Laufbahn als auch in Richtung des größeren Durchmessers der ersten Laufbahn jeweils stetig ab. Die abnehmende Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn in dem Bereich zwischen dem Mittelpunkt der Profilierung und dem Rand am kleinsten Durchmesser der ersten Laufbahn dient der Vermeidung von Kantentragen und ähnlichen Effekten. Jedenfalls ist die Abnahme der Höhe der Profilierung in diesem Bereich geringer ausgeprägt als in dem Bereich zwischen dem Mittelpunkt der Profilierung der ersten Laufbahn und dem Rand am größten Durchmesser der ersten Laufbahn.
Die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn nimmt ausgehend vom Maximum in Richtung des kleineren Durchmessers der ersten Laufbahn bevorzugt in einem ersten Bereich linear und in einem zweiten sich an den ersten Bereich anschließenden Bereich überproportional, beispielsweise logarithmisch ab. Der erste Bereich der Profilierung dient insbesondere dazu, Kräfte bei einer hohen Belastung des Kegelrollenhalters aufzunehmen. Der zweite Bereich dient insbesondere der Vermeidung von Kantentragen.
In einem belasteten Zustand des Kegelrollenlagers ist die erste Laufbahn durch die Kegelrollen bevorzugt jeweils gleichmäßig entlang der Profilierung belastet. Hierdurch kann die erfindungsgemäß vorgesehene asymmetrische Profilierung bestmöglich zu einer Erhöhung der Belastbarkeit des Kegelrollen- lagers bzw. zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Kegelrollenlagers beitragen.
Bevorzugt ist auch die zweite Laufbahn in gleicher Weise wie die erste Lauf- bahn profiliert. Hierfür weist die zweite Laufbahn eine Profilierung auf, die hinsichtlich ihrer Höhe in einem Mittelpunkt auf der Mantellinie ein Maximum besitzt. Ausgehend vom Maximum nimmt die Höhe der Profilierung zumindest in Richtung eines größeren Durchmessers der zweiten Laufbahn ab. Dabei weist die Profilierung der zweiten Laufbahn bevorzugt auch diejenigen Merkmale auf, welche für die Profilierung der ersten Laufbahn als bevorzugt angegeben sind. Die asymmetrische Profilierung der beiden Laufbahnen führt dazu, dass beide Laufbahnen gleichmäßig auch bei stärkeren Belastungen des Kegelrollenlagers belastet sind. Tangenten, welche an die Profilierung der ersten Laufbahn im Mittelpunkt der Profilierung angelegt sind, und gegenüberliegende Tangenten, welche an die Profilierung der zweiten Laufbahn im Mittelpunkt der Profilierung angelegt sind, schneiden sich jeweils paarweise in einem Tangentenschnittpunkt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers liegt der Tangentenschnittpunkt in einem unbelasteten Zustand des Kegelrollenlagers nicht auf der Rotationsachse des Kegelrollenlagers, sondern ist von dieser beabstandet. Dabei ist der Tangentenschnittpunkt auf den Tangenten jeweils zwischen einem Schnittpunkt der jeweiligen Tangente mit der Rotationsachse des Kegelrollenlagers und dem Mittelpunkt der jeweiligen Profilierung angeordnet. Folglich ist der Tangentenschnittpunkt von der Achse des Kegelrollenlagers in Richtung der betrachteten Profilierung verschoben. Die genannten Tangenten werden auch als Mantellinien der Laufbahnen bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers ist dem Effekt, dass sich der Tangentenschnittpunkt bei einer Belastung des Kegelrol- lenlagers von der Achse des Kegelrollenlagers in Richtung der von den betrachteten Profilierungen abgewandten Seite der Achse entfernt, entgegengewirkt. Dabei liegt der Tangentenschnittpunkt in einem belasteten Zustand des Kegelrollenlagers bevorzugt auf der Rotationsachse des Kegelrollenlagers, sodass die Kegelrollen optimal auf den beiden Laufbahnen abrollen können. Es kommt somit nicht zu Gleitungen, welche sich negativ auf die Lebensdauer des Kegelrollenlagers auswirken. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers ist ein so genannter Schnittpunktfehler der beiden Laufbahnen vermieden.
Die Kegelrollen des erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers weisen bevorzugt jeweils die Form eines geraden Kegelstumpfes auf. Auch die Oberflächen der Kegelrollen können für besondere Ausführungsformen profiliert sein.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 : einen Lagerinnenring und eine Kegelrolle einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers in einer partiellen Schnittansicht; Fig. 2: ein Detail des in Fig. 1 gezeigten Lagerinnenringes mit der
Kegelrolle; das in Fig. 1 gezeigte Kegelrollenlager in einem unbelasteten Zustand in einer weiteren partiellen Schnittansicht; und das in Fig. 3 gezeigte Kegelrollenlager in einem belasteten Zustand.
Fig. 1 zeigt eine partielle Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kegelrollenlagers, welches als Radlager für einen Lastkraftwagen ausgeführt ist. Es sind insbesondere ein Lagerinnenring 01 und eine Kegelrolle 02 gezeigt. Das Kegelrollenlager umfasst weiterhin einen Lageraußenring 03 (gezeigt in Fig. 3) und weitere der Kegelrollen 02, die rotier- bar zwischen dem Lagerinnenring 01 und dem Lageraußenring 03 angeordnet sind. Die Schnittebene des gezeigten Schnittes verläuft durch die Längsachse des Kegelrollenlagers, welche gleichzeitig eine Rotationsachse 04 (gezeigt in Fig. 3) des Kegelrollenlagers bildet.
Die Kegelrollen 02 weisen jeweils die Form eines geraden Kegelstumpfes auf, dessen Mantelfläche keine Profilierung aufweist und daher im Schnitt durch ein Trapez mit geraden Seiten dargestellt ist. Der Lagerinnenring 01 weist eine Innenringlaufbahn 06 auf, auf welcher die Kegelrollen 02 rollen können. Die Innenringlaufbahn 06 besitzt eine Konusform, um die Kegelrollen 02 aufnehmen zu können. Somit besitzt die Innenringlaufbahn 06 an einem inneren Rand 07 einen auf die Rotationsachse 04 bezogenen kleineren Durchmesser als an einem äußeren Rand 08. Dabei ist die Konusform der Innenringlaufbahn 06 nicht ideal ausgebildet. Vielmehr zeigt die Innenringlaufbahn 06 eine konvexe Profilierung. Die Profilierung der Innenringlaufbahn 06 ist im gezeigten Querschnitt durch eine gebogene Linie dargestellt. In einem Mittelpunkt 09 ihrer Erstreckung entlang der Mantellinie der Innenringlaufbahn 06 weist die Höhe der Profilierung der Innenringlaufbahn 06 ein Ma- ximum auf, sodass sie im Mittelpunkt 09 die höchste Erhebung besitzt. Ausgehend vom Mittelpunkt 09 nimmt die Höhe der Profilierung der Innenringlaufbahn 06 sowohl in Richtung des größeren Durchmessers der Innenringlaufbahn 06 am äußeren Rand 08 als auch in Richtung des kleineren Durchmessers des Innenringlaufbahn 06 am inneren Rand 07 ab.
Der innere Rand 07 wird auch als kleiner Bord bezeichnet. Der äußere Rand 08 wird auch als großer Bord bezeichnet.
Fig. 2 zeigt ein Detail des in Fig. 1 gezeigten Lagerinnenringes 01 mit der Ke- gelrolle 02, wobei insbesondere die Innenringlaufbahn 06 des Lagerinnenringes 01 sowie die der Innenringlaufbahn 06 gegenüberstehende Kante der Kegelrolle 02 gezeigt sind. In der Detaildarstellung wird deutlich, dass die Höhe der Profilierung der Innenringlaufbahn 06 ausgehend von deren Mittelpunkt 09 in Richtung des größeren Durchmessers der Innenringlaufbahn 06 am äußeren Rand 08 (gezeigt in Fig. 1 ) mit einer größeren Steilheit als ausgehend vom Mittelpunkt 09 in Richtung des kleineren Durchmessers der Innenringlaufbahn 06 am inneren Rand 07 (gezeigt in Fig. 1 ) abnimmt. Dies führt u. a. dazu, dass in dem gezeigten Zustand der Abstand zwischen der Innenringlaufbahn 06 und der Kegelrolle 02 am äußeren Rand 08 deutlich größer als am inneren Rand 07 ist. Dabei nimmt die Höhe der Profilierung der Innenringlaufbahn 06 ausgehend vom Mittelpunkt 09 in Richtung des größeren Durchmessers de Innenringlaufbahn 01 logarithmisch ab, während sie ausgehend von ihrem Mittelpunkt 09 in Richtung des kleineren Durchmessers der Innenringlaufbahn 01 fast vollständig linear abnimmt. Lediglich in einem kleinen Bereich 1 1 unmittelbar am inneren Rand 07 fällt die Höhe der Profilierung überproportional ab, um ein Kantentragen zu verhindern. Fig. 3 zeigt eine weitere Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Kegelrollenlagers. Es sind insbesondere der Lagerinnenring 01 , die eine der Kegelrollen 02 und der Lageraußenring 03 in einem unbelasteten Zustand des Kegelrollenlagers gezeigt. Der Lageraußenring 03 weist eine Außenringlaufbahn 12 auf, auf welcher die Kegelrollen 02 rollen.
Weiterhin ist eine erste Tangente 13 dargestellt, welche an die Außenringlaufbahn 12 in den Mittelpunkt ihrer Profilierung angelegt ist. Ferner ist eine zweite Tangente 14 dargestellt, welche an die Innenringlaufbahn 06 an den Mittelpunkt 09 ihrer Profilierung angelegt ist. Die beiden Tangenten 13, 14 befinden sich in der Schnittebene, welche auch die Rotationsachse 04 umfasst. Die beiden Tangenten 13, 14 schneiden sich in einem Tangentenschnittpunkt 16, welcher von der Rotationsachse 04 beabstandet ist. Die erste Tangente 13 schneidet die Rotationsachse 04 in einem ersten Schnittpunkt 17. Der Tangentenschnittpunkt 16 ist auf der ersten Tangente 13 zwischen dem ersten Schnittpunkt 17 und der die erste Tangente 13 berührenden Außenringlaufbahn 12 angeordnet. Die zweite Tangente 14 schneidet die Rotationsachse 04 in einem zweiten Schnittpunkt 18. Der Tangentenschnittpunkt 16 ist auf der zweiten Tangente 14 zwischen dem zweiten Schnittpunkt 18 und dem auf der zweiten Tangente 14 liegenden Mittelpunkt 09 der Innenringlaufbahn 06 angeordnet. Da der Tangentenschnittpunkt 16 nicht auf der Rotationsachse 04 liegt, würden die Kegelrollen 02 in dem gezeigten unbelasteten Zustand des Kegelrollenlagers nicht ideal zwischen der Innenringlaufbahn 06 und der Außenring- laufbahn 12 rollen. Es käme zu Reibungen, welche Verluste nach sich zögen.
Fig. 4 zeigt das in Fig. 3 gezeigte Kegelrollenlager in einem belasteten Zustand. Dabei handelt es sich um diejenige Belastung, welche für den Betrieb des Kegelrollenlagers vorgesehen ist. Die Belastung führt dazu, dass der La- gerinnenring 01 , die Kegelrollen 02 und der Lageraußenring 03 geringfügig gegeneinander verkippt sind.
Der Tangentenschnittpunkt 16 der an die Außenringlaufbahn 12 angelegten ersten Tangente 13 und der an die Innenringlaufbahn 06 angelegten zweiten Tangente 14 liegt in dem gezeigten belasteten Zustand auf der Rotationsachse 04, sodass die Kegelrollen 02 in diesem Zustand ideal zwischen der Außenringlaufbahn 12 und der Innenringlaufbahn 06 rotieren können.
Bezugszeichenliste
01 Lagerinnenring
02 Kegelrolle
03 Lageraußenring
04 Rotationsachse
05
06 Innenringlaufbahn
07 innerer Rand
08 äußerer Rand
09 Mittelpunkt
10
1 1 Bereich am inneren Rand
12 Außenringlaufbahn
13 erste Tangente
14 zweite Tangente
15
16 Tangentenschnittpunkt
17 erster Schnittpunkt
18 zweiter Schnittpunkt

Claims

Patentansprüche
1 . Kegelrollenlager, umfassend
- einen ersten Lagerring (01 ) mit einer konusförmigen ersten Laufbahn
(06), die zur Vermeidung von Kantentragen eine Profilierung aufweist, wobei die Höhe der Profilierung in einem Mittelpunkt (09) der Profilierung ein Maximum aufweist und ausgehend vom Maximum zumindest in Richtung eines größeren Durchmessers (08) der ersten Laufbahn (06) abnimmt;
- einen gegenüber dem ersten Lagerring (01 ) rotierbaren zweiten Lagerring (03) mit einer konusförmigen zweiten Laufbahn (12); und
- Kegelrollen (02), die rotierbar zwischen der ersten Laufbahn (06) und der zweiten Laufbahn (12) angeordnet sind;
dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Profilierung der ersten
Laufbahn (06) ausgehend von deren Maximum in Richtung des größeren Durchmessers (08) der ersten Laufbahn (06) mit einer größeren Steilheit als ausgehend vom Maximum in Richtung eines kleineren Durchmessers (07) der ersten Laufbahn (06) abnimmt.
2. Kegelrollenlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerring durch einen Lagerinnenring (01 ) gebildet ist, und dass der zweite Lagerring durch einen Lageraußenring (03) gebildet ist, wobei die erste Laufbahn durch eine Innenringlaufbahn (06) gebildet ist und wobei die zweite Laufbahn durch eine Außenringlaufbahn (12) gebildet ist.
3. Kegelrollenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn (06) ausgehend vom Maximum in Richtung des größeren Durchmessers (08) der ersten Laufbahn (06) stetig abnimmt.
4. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn (06) ausgehend vom Maximum in Richtung des kleineren Durchmessers (07) der ersten Laufbahn (06) konstant ist.
5. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn (06) ausgehend vom Maximum beiderseits in Richtung des kleineren Durchmessers (07) der ersten Laufbahn (06) und in Richtung des größeren Durchmessers (08) der ersten Laufbahn (06) stetig abnimmt.
6. Kegelrollenlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Profilierung der ersten Laufbahn (06) ausgehend vom Maximum in Richtung des kleineren Durchmessers (07) des ersten Laufbahn (06) in einem ersten Bereich linear und in einem zweiten sich an den ersten Bereich anschließenden Bereich (1 1 ) überproportional abnimmt.
7. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem belasteten Zustand des Kegelrollenlagers die ersten Laufbahn (06) durch die Kegelrollen (02) jeweils gleichmäßig entlang der Profilierung belastet ist.
8. Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass auch die zweite Laufbahn (12) eine Profilierung aufweist, wobei die Höhe der Profilierung der zweiten Laufbahn (12) in einem Mittelpunkt ein Maximum besitzt und ausgehend vom Maximum zumindest in Richtung eines größeren Durchmessers der zweiten Laufbahn (12) abnimmt. Kegelrollenlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die Profilierung der ersten Laufbahn (06) im Mittelpunkt (09) der Profilierung angelegte Tangenten (14) und gegenüberliegende an die Profilierung der zweiten Laufbahn (12) im Mittelpunkt der Profilierung angelegte Tangenten (13) sich in einem unbelasteten Zustand des Kegelrollenlagers jeweils paarweise in einem Tangentenschnittpunkt (16) schneiden, der von der Rotationsachse (04) des Kegelrollenlagers beabstandet ist, wobei der Tangentenschnittpunkt (16) auf den beiden Tangenten (13, 14) jeweils zwischen einem Schnittpunkt (17, 18) der jeweiligen Tangente (13, 14) mit der Rotationsachse (04) und dem Mittelpunkt (09) der jeweiligen Profilierung angeordnet ist.
Kegelrollenlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem belasteten Zustand des Kegelrollenlagers die an die Profilierung der ersten Laufbahn (06) im Mittelpunkt (09) der Profilierung angelegten Tangenten (14) und die gegenüberliegenden an der Profilierung der zweiten Laufbahn (12) im Mittelpunkt der Profilierung angelegten Tangenten (13) sich jeweils paarweise in einem Tangentenschnittpunkt (16) schneiden, der auf der Rotationsachse (04) des Kegelrollenlagers liegt.
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