WO2017202404A1 - Rolling bearing for use with alternating high and low loads - Google Patents

Rolling bearing for use with alternating high and low loads Download PDF

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WO2017202404A1
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rolling
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Christoph NEUFELD
Michael Plogmann
Wolfgang Braun
Vasilios Bakolas
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16C39/02Relieving load on bearings using mechanical means

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing with a bearing outer ring and a coaxial arranged therein bearing inner ring, the bearing outer ring an outer ring raceway and the bearing inner ring having an inner ring raceway, wherein between the bearing outer ring and the bearing inner ring rolling elements are arranged, which roll on the outer ring raceway and the inner ring raceway, and in which at least one of the rolling elements has a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the remaining, smaller-diameter rolling elements.
  • Such a rolling bearing in the form of a needle bearing is known from DE 2741 057 A1. It is a Nadeliager for moving in steering gears and manual transmissions of motor vehicles.
  • This needle bearing is radially prestressed, in that, according to one embodiment, it is provided with at least one, preferably several, elastically deformable rolling elements distributed over the circumference of the rolling bearing whose diameter is greater than that of the other rolling elements, wherein the elastic deformable rolling elements may consist of plastic or thin-walled, hollow steel bodies.
  • These rolling elements with a larger diameter than the other rolling elements are used to eliminate the bearing play inherent in such roller bearings at low radial load, without biasing the rolling bearing so much that its life is impaired at high radial load.
  • the rolling elements with the higher modulus of elasticity can consist of a technical ceramic material such as silicon nitride, including sialons, silicon carbide and alumina or cermets, such as sintered hard metals.
  • These Wälzköper should all have the same diameter and are not intended to give the roller bearing an internal bias, but to compress the protruding parts when rolling over depressions in the rolling bearing rings, thereby avoiding early fatigue and cracking of the bearing and stronger vibration and a loud run of the bearing should not arise.
  • the invention has the object, a rolling bearing for applications with changing, very high loads and very low loads, for example, for rolling bearings in wind turbines or Biegeeinstellwalzen in paper machines, imagine that with a radial bias at very low - Run loads loads by the WälzSystemschlupf is reduced in the rolling bearing.
  • all rolling elements should largely share in the load bearing capacity of the rolling bearing to a large extent.
  • the rolling bearing has a bearing outer ring and a bearing inner ring arranged coaxially therein, wherein the bearing outer ring has an outer ring raceway and the bearing inner ring has an inner ring raceway.
  • Rolling elements are arranged between the bearing outer ring and the bearing inner ring, which roll on the outer ring raceway and the inner ring raceway. At least one of the rolling elements has a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the other, diameter-reduced rolling elements.
  • the smaller-diameter rolling elements consist of a rolling bearing steel.
  • the at least one, larger diameter rolling elements of a ceramic material or a cemented carbide sintered or from a powder metallurgy produced material having a modulus of elasticity between 80 GPa and 120 GPa.
  • the stated object is also achieved by a rolling bearing with the features of claim 2, wherein the at least one, larger diameter rolling elements consists of a rolling bearing steel.
  • a rolling bearing with a bearing outer ring and with a coaxially arranged therein La * gerinnenring, the bearing outer ring an outer ring raceway and the bearing inner ring have an inner ring raceway, wherein between the bearing outer ring and the bearing inner ring rolling elements are arranged, soft on the Rolling outer ring raceway and the inner ring raceway, and in which at least one of the rolling elements has a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the other, smaller-diameter rolling elements.
  • the at least one larger diameter Wäiz redesign consists of a Wälzlager- steel, and that the remaining, diameter-serially rolling elements consist of a ceramic material or a cemented carbide sintered with a modulus of more than 230 GPa.
  • the diameter and the modulus of elasticity of the at least one rolling element of larger diameter are selected so that a bearing preload is applied during operation with low loads, which reduces or reduces the slip of the relatively small rolling elements in the rolling bearing completely eliminated by the at least one, larger-diameter rolling elements driving the Wälz stresses- set formed by all rolling elements in the rolling bearing and keeps at kinematic speed, and that the diameter, the modulus of elasticity and the profiling of at least one, larger diameter rolling elements are coordinated so that no overloading and premature fatigue of the at least one diameter larger rolling element occurs even at high loads occurring.
  • the invention proposes to reduce the slip in the rolling bearing by a bearing preload, for the production of which a combination of different rolling element diameter and rolling element materials with high strength is used.
  • This technical solution means that a maximum high bearing capacity of the rolling bearing is achieved when the rolling bearing is exposed to very high loads. at At low loads, the larger diameter rolling elements drive the smaller diameter rolling elements.
  • a particular advantage of the invention is the fact that it can be applied to all bearing types, in particular cylindrical roller bearings, spherical roller bearings and ball bearings.
  • all types of rolling elements can be manufactured from solid materials, so that similar finishing processes can be used as with conventional rolling bearings.
  • the diameter and the modulus of elasticity of the at least one, larger-diameter rolling elements are selected so that in operation with low loads a bearing preload is given, which reduces the slip of the smaller-diameter rolling elements in the rolling bearing or completely eliminated by the at least a larger diameter rolling elements drives the rolling element formed by all rolling elements in the rolling bearing and keeps it at kinematic speed.
  • the diameter, the modulus of elasticity and the profiling of the at least one diameter-larger rolling element are coordinated so that no overloading and premature fatigue of the at least one diameter-larger rolling element occurs even at high loads occurring. The high strength of the rolling element material used contributes significantly to this.
  • the rolling bearing steel has a modulus of elasticity of 200 GPa to 230 GPa.
  • the rolling elements of a bearing steel are preferably made of a steel from the group of Steels 100Cr6, St4, 100CrMnSi6-4, M50, 32CrMoV13, Cronidur®, Cronitec® and case hardening steels.
  • the at least one, larger-diameter rolling elements made of a nickel-titanium alloy, if the smaller-diameter rolling elements consist of a bearing steel.
  • the nickel-titanium alloy NiTi60 is of particular advantage.
  • Such a nickel-titanium alloy has a modulus of elasticity of 80 GPa to 120 GPa.
  • the at least one, larger-diameter rolling elements have a profiling to prevent Kantentra- gene with greater deformation.
  • the bias of the bearing can be adjusted so that no external load on the rolling bearing whose rolling element has no or only a small WälzSystemsatzschlupf.
  • rolling bearings can be made with several larger diameter rolling elements evenly spaced by, for example, two, three, four, five or six larger diameter rolling elements are arranged between the rolling elements of normal diameter in the rolling bearing.
  • the roller bearing 1 shown by way of example is a ball bearing which has a bearing outer ring 2 with an outer ring raceway 3 and a bearing inner ring 4 with an inner ring raceway 5.
  • the twelve rolling elements 6, 7 are arranged in the illustrated embodiment, which roll on the raceways 3, 5 of the bearing rings 2, 4.
  • the twelve rolling bodies 6, 7 are accommodated in a common cage 8.
  • eight rolling elements 6 have a conventional ball bearing diameter and a common bearing clearance.
  • Four further rolling elements 7 obviously have a slightly larger diameter.
  • the larger-diameter rolling elements 7 are arranged uniformly distributed between the smaller diameter rolling elements 6, such that in each case two smaller-diameter rolling elements 6 are arranged between each two larger-diameter rolling elements 7. Since the larger-diameter rolling elements 7 have a slightly larger diameter than the other rolling elements 6, they generate a radial prestress in the rolling bearing 1. This bias causes the WälzMechsatz formed from all rolling elements 6, 7 without external load on the rolling bearing 1 has no or only a small WälzSystemsatzschlupf. If a ceramic material or cemented carbide is selected for the material of the eight rolling elements 6 with the usual diameter and the usual bearing play, the larger diameter rolling elements 7 can consist of a bearing steel, for example of the bearing steel 100Cr6.
  • this bearing steel has a modulus of elasticity of about 210 GPa and the ceramic material or sintered cemented carbide material has a modulus of elasticity of at least 230 GPa
  • the larger diameter rolling elements 7 deform at a load bearing so that then also the smaller diameter rolling elements 6 come into play , in contrast to the known from DE 27 41 057 A1 needle roller bearings then bear all rolling elements 6, 7 with largely the same proportion acting on the bearing 1 load. In the unloaded state of the rolling bearing 1, no slip of the rolling element set can occur.
  • the smaller diameter rolling elements 6, ie those with the usual diameter and the usual bearing clearance, from a bearing steel, for example bearing steel 100Cr6, can be used for the larger diameter rolling elements?
  • a metal alloy or a powder metallurgically produced material having a lower modulus of elasticity than that of bearing steel can be used.
  • the pulp metallurgically produced material for the larger-diameter rolling bodies 7 may be the nickel-titanium alloy ⁇ 60, which may have a modulus of elasticity of 80 GPa to 120 GPa.
  • the diameter of the larger diameter rolling elements 7 can be chosen so that in operation with low loads a bearing preload is given, which reduces the slip of the smaller diameter rolling elements 6 in the rolling bearing 1 or completely eliminated by the larger diameter rolling elements 7 by all rolling elements , 7 Rolling body set formed in the rolling bearing 1 on the cage 8 antreib- and keep it at kinematic speed. Even with the highest occurring loads, the proposed structure will not cause any overloading and premature fatigue of the larger diameter rolling elements 7, because these consist of a high-strength material and at the same time enable a high bearing capacity of the entire rolling bearing. Since the larger-diameter rolling bodies 7 neither consist of a plastic nor are formed as hollow bodies, they too, like the smaller-diameter rolling bodies 6, carry the load acting on the roller bearing 1 with at least substantially equal proportion.
  • At least the larger diameter rolling elements 7 may have suitable profiling to prevent edge bearing thereof at high deformation, thereby avoiding overloading of the larger diameter rolling elements 7 even at the highest occurring loads with associated premature fatigue.

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Abstract

The invention relates to a rolling bearing (1) with an outer bearing ring (2) and an inner bearing ring (4) disposed coaxially therein, wherein the outer bearing ring (2) comprises an outer ring raceway (3) and the inner bearing ring (4) comprises an inner ring raceway (5), wherein rolling elements (6, 7), which roll along the outer ring raceway (3) and along the inner ring raceway (5), are disposed between the outer bearing ring (2) and the inner bearing ring (4), and in which at least one of the rolling elements (7) has a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the other smaller-diameter rolling elements (6). In order to provide such a rolling bearing for use with alternating high and low loads, which has a higher load-carrying capacity than a known rolling bearing, according to a first embodiment comprising a smaller-diameter rolling element (6) consisting of a rolling bearing steel, at least one larger-diameter rolling element (7) consists of a ceramic material or a cemented carbide, or a material produced by powder metallurgy, with a modulus of elasticity between 80 GPa and 120 GPa.

Description

Wälzlager für Anwendungen mit wechselnden hohen und niedrigen Lasten  Rolling bearings for applications with varying high and low loads
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit einem Lageraußenring und mit einem Koaxial darin angeordneten Lagerinnenring, wobei der Lageraußenring eine Außenringlauf- bahn und der Lagerinnenring eine Innenringlaufbahn aufweisen, wobei zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring Wälzkörper angeordnet sind, welche auf der Außenringlaufbahn und der innenringlaufbahn abrollen, und bei dem wenigs- tens einer der Wälzkörper einen größeren Durchmesser sowie ein niedrigeres Elasti- zitätsmodul aufweist als die übrigen, durchmesserkleineren Wälzkörper. The invention relates to a rolling bearing with a bearing outer ring and a coaxial arranged therein bearing inner ring, the bearing outer ring an outer ring raceway and the bearing inner ring having an inner ring raceway, wherein between the bearing outer ring and the bearing inner ring rolling elements are arranged, which roll on the outer ring raceway and the inner ring raceway, and in which at least one of the rolling elements has a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the remaining, smaller-diameter rolling elements.
Ein derartiges Wälzlager in Form eines Nadellagers ist aus der DE 2741 057 A1 be- kannt. Es handelt sich hierbei um ein Nadeliager für Weilen in Lenkgetrieben und Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen. Dieses Nadellager ist radial vorgespannt, in- dem es gemäß einer Ausführungsform mit wenigstens einem, vorzugsweise mehre- ren, über dem Umfang des Wälzlagers verteilten, elastisch verformbaren Wälzkör- pern versehen ist, deren Durchmesser größer als der der übrigen Wälzkörper ist, wobei die elastisch verformbaren Wälzkörper aus Kunststoff oder dünnwandigen, hohlen Stahlkörpern bestehen können. Diese Wälzkörper mit größerem Durchmes- ser als die übrigen Wälzkörper werden dazu verwendet, das grundsätzlich in derarti- gen Wälzlagern vorhandene Lagerspiel bei geringer Radialbelastung auszuschalten, ohne das Wälzlager so stark vorzuspannen, dass dessen Lebensdauer bei hoher Radialbelastung beeinträchtigt wird. Da Kunststoff bekanntermaßen einen sehr nied- rigen Elastizitätsmodul in Vergleich zu Wälzlagerstahl aufweist, können die aus Kunststoff bestehenden, elastisch verformbaren Wälzkörper massiv ausgebildet sein. Nachteilig an diesem Nadellager ist, dass Kunststoff rollen und Hohirolien im Vergleich zu nicht hohlen Rollen und Rollen aus einem metallischen Werkstoff eine nur geringe Lasttragfähigkeit aufweisen. Daher tragen solche Rollen nur wenig zur gesamten Tragfähigkeit des Wälzlagers bei. Die DE 695 18 488 T2 beschreibt ein Wälzlager, dessen Wälzkörper zu einem Teil aus üblichem Wälzlagerstahl mit einem Elastizitätsmodul von 210 GPa und zu einem weiteren Teil aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul größer als 280 GPa bestehen. Die Wälzkörper mit dem höheren Elastizitätsmodul können aus einem technischen Keramikwerkstoff wie Siliziumnitrid, einschließlich Sialone, Stlizium- carbid und Aluminiumoxid oder Cermets, wie Sinterhartmetalle, bestehen. Diese Wälzköper sollen alle den gleichen Durchmesser aufweisen und dienen nicht dazu, dem Wälzlager eine innere Vorspannung zu erteilen, sondern sollen beim Überrollen von Vertiefungen in den Wälzlagerringen die hervorstehenden Teile komprimieren, wodurch eine frühe Ermüdung und Rissbildung des Wälzlagers vermieden und stär- kere Vibrationen sowie ein lauter Lauf des Wälzlagers nicht entstehen sollen. Such a rolling bearing in the form of a needle bearing is known from DE 2741 057 A1. It is a Nadeliager for moving in steering gears and manual transmissions of motor vehicles. This needle bearing is radially prestressed, in that, according to one embodiment, it is provided with at least one, preferably several, elastically deformable rolling elements distributed over the circumference of the rolling bearing whose diameter is greater than that of the other rolling elements, wherein the elastic deformable rolling elements may consist of plastic or thin-walled, hollow steel bodies. These rolling elements with a larger diameter than the other rolling elements are used to eliminate the bearing play inherent in such roller bearings at low radial load, without biasing the rolling bearing so much that its life is impaired at high radial load. Since plastic is known to have a very low modulus of elasticity in comparison with roller bearing steel, the plastic, elastically deformable rolling elements can be made solid. A disadvantage of this needle roller bearing is that plastic roll and Hohirolien compared to non-hollow rollers and rollers made of a metallic material have only a low load capacity. Therefore, such roles contribute little to the overall load capacity of the bearing. DE 695 18 488 T2 describes a rolling bearing whose rolling elements consist of a part of conventional bearing steel with a modulus of elasticity of 210 GPa and to a further part of a material having a modulus of elasticity greater than 280 GPa. The rolling elements with the higher modulus of elasticity can consist of a technical ceramic material such as silicon nitride, including sialons, silicon carbide and alumina or cermets, such as sintered hard metals. These Wälzköper should all have the same diameter and are not intended to give the roller bearing an internal bias, but to compress the protruding parts when rolling over depressions in the rolling bearing rings, thereby avoiding early fatigue and cracking of the bearing and stronger vibration and a loud run of the bearing should not arise.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager für Anwendungen mit wechselnden, sehr hohen Lasten und sehr niedrigen Lasten, bei- spieisweise für Wälzlager in Windkraftanlagen oder Biegeeinstellwalzen in Papier- maschinen, vorzustellen, welches sich mit einer radialen Vorspannung bei sehr nied- rigen Lasten betreiben lässt, indem der Wälzkörperschlupf im Wälzlager vermindert ist. Außerdem sollen im Fall hoher Lagerbelastung alle Wälzkörper weitgehend glei- chermaßen an der Lasttragfähigkeit des Wälzlagers teilhaben. Against this background, the invention has the object, a rolling bearing for applications with changing, very high loads and very low loads, for example, for rolling bearings in wind turbines or Biegeeinstellwalzen in paper machines, imagine that with a radial bias at very low - Run loads loads by the Wälzkörperschlupf is reduced in the rolling bearing. In addition, in the case of high bearing load, all rolling elements should largely share in the load bearing capacity of the rolling bearing to a large extent.
Gelöst wird diese Aufgabe zunächst durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach weist das Wälzlager einen Lageraußenring und einen koaxi- al darin angeordneten Lagerinnenring auf, wobei der Lageraußenring eine Außen- ringlaufbahn und der Lagerinnenring eine Innenringlaufbahn haben. Zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring sind Wälzkörper angeordnet, weiche auf der Außenringlaufbahn und der Innenringlaufbahn abrollen. Wenigstens einer der Wälzkörper weist einen größeren Durchmesser sowie ein niedrigeres Elastizitätsmo- dul auf als die übrigen, durchmesserkieineren Wälzkörper. Die durchmesser- kleineren Wälzkörper bestehen aus einem Wälzlagerstahl. Bei diesem Wälzlager ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper aus einem Keramik-Material oder einem Sinter-Hartmetall beziehungs- weise aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Material mit einem Elastizitäts- modul zwischen 80 GPa und 120 GPa besteht. Die gestellte Aufgabe wird auch durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des An- spruchs 2 gelöst, bei dem der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper aus einem Wälzlagerstahl besteht. Demnach wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Wälzlager mit einem Lageraußenring und mit einem koaxial darin angeordneten La* gerinnenring, wobei der Lageraußenring eine Außenringlaufbahn und der Lagerin- nenring eine Innenringlaufbahn aufweisen, wobei zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring Wälzkörper angeordnet sind, weiche auf der Außenringlaufbahn und der Innenringlaufbahn abrollen, und bei dem wenigstens einer der Wälzkörper einen größeren Durchmesser sowie ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist als die übrigen, durchmesserkleineren Wälzkörper. Bei diesem Wälzlager ist vorgesehen, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wäizkörper aus einem Wälzlager- stahl besteht, und dass die übrigen, durchmesserkieineren Wälzkörper aus einem Keramik-Material oder einem Sinter-Hartmetall mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 230 GPa bestehen. This problem is solved by a rolling bearing having the features of claim 1. Accordingly, the rolling bearing has a bearing outer ring and a bearing inner ring arranged coaxially therein, wherein the bearing outer ring has an outer ring raceway and the bearing inner ring has an inner ring raceway. Rolling elements are arranged between the bearing outer ring and the bearing inner ring, which roll on the outer ring raceway and the inner ring raceway. At least one of the rolling elements has a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the other, diameter-reduced rolling elements. The smaller-diameter rolling elements consist of a rolling bearing steel. In this rolling bearing is provided according to the invention that the at least one, larger diameter rolling elements of a ceramic material or a cemented carbide sintered or from a powder metallurgy produced material having a modulus of elasticity between 80 GPa and 120 GPa. The stated object is also achieved by a rolling bearing with the features of claim 2, wherein the at least one, larger diameter rolling elements consists of a rolling bearing steel. Accordingly, the object is also achieved by a rolling bearing with a bearing outer ring and with a coaxially arranged therein La * gerinnenring, the bearing outer ring an outer ring raceway and the bearing inner ring have an inner ring raceway, wherein between the bearing outer ring and the bearing inner ring rolling elements are arranged, soft on the Rolling outer ring raceway and the inner ring raceway, and in which at least one of the rolling elements has a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the other, smaller-diameter rolling elements. In this rolling bearing, it is provided that the at least one larger diameter Wäizkörper consists of a Wälzlager- steel, and that the remaining, diameter-serially rolling elements consist of a ceramic material or a cemented carbide sintered with a modulus of more than 230 GPa.
Bei den beiden genannten Wälzlagern ist bevorzugt vorgesehen, dass der Durch- messer und das Elastizitätsmodul des wenigstens einen, durchmessergrößeren Wälzkörpers so gewählt sind, dass im Betrieb mit niedrigen Lasten eine Lagervor- Spannung gegeben ist, welche den Schlupf der durchmesserkleineren Wälzkörper im Wälzlager reduziert oder ganz beseitigt, indem der wenigstens eine, durchmesser- größere Wälzkörper den durch alle Wälzkörper im Wälzlager gebildeten Wälzkörper- satz antreibt und auf kinematischer Drehzahl hält, und dass der Durchmesser, das Elastizitätsmodul sowie die Profilierung des wenigstens einen, durchmessergrößeren Wälzkörpers so aufeinander abgestimmt sind, dass auch bei hohen auftretenden Lasten keine Überlastung und frühzeitige Ermüdung des wenigstens einen durchmessergrößeren Wälzkörpers auftritt. In the case of the two rolling bearings mentioned, it is preferably provided that the diameter and the modulus of elasticity of the at least one rolling element of larger diameter are selected so that a bearing preload is applied during operation with low loads, which reduces or reduces the slip of the relatively small rolling elements in the rolling bearing completely eliminated by the at least one, larger-diameter rolling elements driving the Wälzkörper- set formed by all rolling elements in the rolling bearing and keeps at kinematic speed, and that the diameter, the modulus of elasticity and the profiling of at least one, larger diameter rolling elements are coordinated so that no overloading and premature fatigue of the at least one diameter larger rolling element occurs even at high loads occurring.
Die Erfindung schlägt demnach vor, den Schlupf im Wälzlager durch eine Lagervor- Spannung zu reduzieren, zu deren Erzeugung eine Kombination unterschiedlicher Wälzkörper-Durchmesser und Wälzkörper-Werkstoffe mit hoher Festigkeit genutzt wird. Diese technische Lösung führt dazu, dass eine maximal hohe Tragfähigkeit des Wälzlagers erreicht wird, wenn das Wälzlager sehr hohen Lasten ausgesetzt ist. Bei niedrigen Lasten treiben die durchmessergrößeren Wälzkörper die durch- messerkleineren Wälzkörper an. Accordingly, the invention proposes to reduce the slip in the rolling bearing by a bearing preload, for the production of which a combination of different rolling element diameter and rolling element materials with high strength is used. This technical solution means that a maximum high bearing capacity of the rolling bearing is achieved when the rolling bearing is exposed to very high loads. at At low loads, the larger diameter rolling elements drive the smaller diameter rolling elements.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass sie auf sämtliche La- gertypen, insbesondere Zylinderrollenlager, Pendelrollenlager und Kugellager an- wendbar ist. Zudem lassen sich prinzipiell sämtliche Wälzkörperbauformen aus Vollmaterialien fertigen, so dass sich ähnliche Endbearbeitungsverfahren wie bei konventionellen Wälzlagern anwenden lassen. In Weiterbildung der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass alle Wälzkörper des Wälzlagers in einem gemeinsamen Käfig aufgenommen sind. Oer Käfig überträgt bei geringer Lagerbelastung, also bei nicht lasttragenden durchmesserkleineren Wälz- körpern, die Umiaufbewegung der durchmessergrößeren Wälzkörper im Wälzlager auf die durchmesserkleineren Wälzkörper und hält diese auf der sich ergebenden Drehzahl. A particular advantage of the invention is the fact that it can be applied to all bearing types, in particular cylindrical roller bearings, spherical roller bearings and ball bearings. In addition, in principle, all types of rolling elements can be manufactured from solid materials, so that similar finishing processes can be used as with conventional rolling bearings. In a further development of the invention, it is preferably provided that all rolling elements of the rolling bearing are accommodated in a common cage. Oer cage transmits at low bearing load, ie at non-load-bearing smaller diameter Wälz- bodies, the Umiaufbewegung the larger diameter rolling elements in the rolling bearing on the smaller diameter rolling elements and keeps them on the resulting speed.
Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Durchmesser und das Elastizitätsmodul des wenigstens einen, durchmessergrößeren Wälzkörpers so gewählt sind, dass im Betrieb mit niedrigen Lasten eine Lagervorspannung gegeben ist, weiche den Schlupf der durchmesserkleineren Wälzkörper im Wälzlager reduziert oder ganz be- seitigt, indem der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper den durch alle Wälzkörper im Wälzlager gebildeten Wälzkörpersatz antreibt und auf kinematischer Drehzahl hält. Außerdem ist dabei vorgesehen, dass der Durchmesser, das Elastizi- tätsmodul sowie die Profilierung des wenigstens einen, durchmessergrößeren Wälz- körpers so aufeinander abgestimmt sind, dass auch bei hohen auftretenden Lasten keine Überlastung und frühzeitige Ermüdung des wenigstens einen durch- messergrößeren Wälzkörpers auftritt. Hierzu trägt die hohe Festigkeit des genutzten Wälzkörperwerkstoffs wesentlich bei. Hinsichtlich der genutzten Werkstoffe ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wälzlager- stahl ein Elastizitätsmodul von 200 GPa bis 230 GPa aufweist. Die Wälzkörper aus einem Wälzlagerstahl bestehen bevorzugt aus einem Stahl aus der Gruppe der Stähle 100Cr6, St4, 100CrMnSi6-4, M50, 32CrMoV13, Cronidur®, Cronitec® sowie der Einsatzstähle. In this case, it is preferably provided that the diameter and the modulus of elasticity of the at least one, larger-diameter rolling elements are selected so that in operation with low loads a bearing preload is given, which reduces the slip of the smaller-diameter rolling elements in the rolling bearing or completely eliminated by the at least a larger diameter rolling elements drives the rolling element formed by all rolling elements in the rolling bearing and keeps it at kinematic speed. In addition, it is provided that the diameter, the modulus of elasticity and the profiling of the at least one diameter-larger rolling element are coordinated so that no overloading and premature fatigue of the at least one diameter-larger rolling element occurs even at high loads occurring. The high strength of the rolling element material used contributes significantly to this. With regard to the materials used, it is preferably provided that the rolling bearing steel has a modulus of elasticity of 200 GPa to 230 GPa. The rolling elements of a bearing steel are preferably made of a steel from the group of Steels 100Cr6, St4, 100CrMnSi6-4, M50, 32CrMoV13, Cronidur®, Cronitec® and case hardening steels.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper aus einer Nickel-Titan-Legierung besteht, sofern die durchmesser- kleineren Wälzkörper aus einem Wälzlagerstahl bestehen. Hierbei ist die Nickel- Titan-Legierung NiTi60 von besonderem Vorteil. Eine solche Nickel-Titan-Legierung hat ein Elastizitätsmodul von 80 GPa bis 120 GPa. Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper eine Profilierung zum Verhindern des Kantentra- gens bei größerer Verformung aufweist. Further, it is preferably provided that the at least one, larger-diameter rolling elements made of a nickel-titanium alloy, if the smaller-diameter rolling elements consist of a bearing steel. Here, the nickel-titanium alloy NiTi60 is of particular advantage. Such a nickel-titanium alloy has a modulus of elasticity of 80 GPa to 120 GPa. Finally, it is preferably provided that the at least one, larger-diameter rolling elements have a profiling to prevent Kantentra- gene with greater deformation.
Durch die Verwendung des wenigstens einen, durchmessergrößeren Wälzkörpers, welcher ein geringeres Elastizitätsmodul aufweist als die übrigen, durchmesser- kleineren Wälzkörper, lässt sich die Vorspannung des Wälzlagers so einstellen, dass ohne äußere Last auf das Wälzlager dessen Wälzkörpersatz keinen oder nur einen geringen Wälzkörpersatzschlupf aufweist. Es besteht des Weiteren die Möglichkeit, nicht nur einen durchmessergrößeren Wälzkörper mit einem größeren Durchmesser im Wälzlager anzuordnen, vielmehr lassen sich auch Wälzlager mit mehreren Wälzkörpern mit größerem Durchmesser mit gleichmäßigem Winkelabstand herstellen, indem zum Beispiel zwei, drei, vier, fünf oder sechs durchmessergrößere Wälzkörper zwischen den Wälzkörpern mit normalem Durchmesser im Wälzlager angeordnet sind. By using the at least one, larger-diameter rolling element, which has a lower modulus of elasticity than the other, smaller-diameter rolling elements, the bias of the bearing can be adjusted so that no external load on the rolling bearing whose rolling element has no or only a small Wälzkörpersatzschlupf. There is also the possibility to arrange not only a larger diameter rolling elements with a larger diameter in the rolling bearing, but also rolling bearings can be made with several larger diameter rolling elements evenly spaced by, for example, two, three, four, five or six larger diameter rolling elements are arranged between the rolling elements of normal diameter in the rolling bearing.
Da alle Wälzkörper im erfindungsgemäßen Wälzlager aus Voilmaterial bestehen, sind die Bearbeitungskosten der Bauteile im Vergleich zu durchbohrten Wälzkörpern geringer. Since all rolling elements in the rolling bearing according to the invention consist of Voilmaterial, the processing costs of the components are lower compared to pierced rolling elements.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung darge- stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers. Das beispielhaft dargestellte Wälzlager 1 ist ein Kugellager, welches einen Lagerau- ßenring 2 mit einer Außenringlaufbahn 3 und einen Lagerinnenring 4 mit einer Innen- ringlaufbahn 5 aufweist. Radial zwischen den beiden genannten Lagerringen 2, 4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwölf Wälzkörper 6, 7 angeordnet sind, welche auf den Laufbahnen 3, 5 der Lagerringe 2, 4 abrollen. Die zwölf Wälzkör- per 6, 7 sind in einem gemeinsamen Käfig 8 aufgenommen. Von den zwölf Wälzkör- pern weisen acht Wälzkörper 6 einen für Kugellager üblichem Durchmesser sowie ein übliches Lagerspiel auf. Vier weitere Wälzkörper 7 weisen erkennbar einen etwas größeren Durchmesser auf. Sie sind gleichmäßig verteilt zwischen den durchmesserkleineren Wälzkörpern 6 angeordnet, derart, dass jeweils zwei durchmesserkleinere Wälzkörper 6 zwischen jeweils zwei durchmessergrößeren Wälzkörpern 7 angeordnet sind. Da die durchmessergrößeren Wälzkörper 7 einen geringfügig größeren Durchmesser aufweisen als die übrigen Wälzkörper 6, erzeu- gen diese in dem Wälzlager 1 eine radiale Vorspannung. Diese Vorspannung führt dazu, dass der aus allen Wälzkörpern 6, 7 gebildete Wälzkörpersatz ohne äußere Last auf das Wälzlager 1 keinen oder nur einen geringen Wälzkörpersatzschlupf aufweist. Wird für das Material der acht Wälzkörper 6 mit dem üblichem Durchmesser und dem üblichen Lagerspiel ein Keramikmaterial oder Sinter-Hartmetall gewählt, können die durchmessergrößeren Wälzkörper 7 aus einem Wälzlagerstahl, beispielsweise aus dem Wälzlagerstahl 100Cr6 bestehen. Da dieser Wälzlagerstahl einen Elastizi- tätsmodul von etwa 210 GPa und das Keramikmaterial oder das Sinter-Hartmetall- material einen Elastizitätsmodul von mindestens 230 GPa aufweisen, verformen sich die durchmessergrößeren Wälzkörper 7 bei einer Lastaufnahme so, dass dann auch die durchmesserkleineren Wälzkörper 6 zum Tragen kommen, im Unterschied zu dem aus der DE 27 41 057 A1 bekannten Nadellager tragen dann alle Wälzkörper 6, 7 mit weitgehend gleichem Anteil die auf das Wälzlager 1 wirkende Last. Im unbelas- teten Zustand des Wälzlagers 1 kann kein Schlupf des Wälzkörpersatzes auftreten. The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the attached drawing. The single drawing figure shows a schematic side view of a rolling bearing according to the invention. The roller bearing 1 shown by way of example is a ball bearing which has a bearing outer ring 2 with an outer ring raceway 3 and a bearing inner ring 4 with an inner ring raceway 5. Radially between the two mentioned bearing rings 2, 4 twelve rolling elements 6, 7 are arranged in the illustrated embodiment, which roll on the raceways 3, 5 of the bearing rings 2, 4. The twelve rolling bodies 6, 7 are accommodated in a common cage 8. Of the twelve rolling elements, eight rolling elements 6 have a conventional ball bearing diameter and a common bearing clearance. Four further rolling elements 7 obviously have a slightly larger diameter. They are arranged uniformly distributed between the smaller diameter rolling elements 6, such that in each case two smaller-diameter rolling elements 6 are arranged between each two larger-diameter rolling elements 7. Since the larger-diameter rolling elements 7 have a slightly larger diameter than the other rolling elements 6, they generate a radial prestress in the rolling bearing 1. This bias causes the Wälzkörpersatz formed from all rolling elements 6, 7 without external load on the rolling bearing 1 has no or only a small Wälzkörpersatzschlupf. If a ceramic material or cemented carbide is selected for the material of the eight rolling elements 6 with the usual diameter and the usual bearing play, the larger diameter rolling elements 7 can consist of a bearing steel, for example of the bearing steel 100Cr6. Since this bearing steel has a modulus of elasticity of about 210 GPa and the ceramic material or sintered cemented carbide material has a modulus of elasticity of at least 230 GPa, the larger diameter rolling elements 7 deform at a load bearing so that then also the smaller diameter rolling elements 6 come into play , in contrast to the known from DE 27 41 057 A1 needle roller bearings then bear all rolling elements 6, 7 with largely the same proportion acting on the bearing 1 load. In the unloaded state of the rolling bearing 1, no slip of the rolling element set can occur.
Sofern die durchmesserkleineren Wälzkörper 6, also diejenigen mit üblichem Durchmesser und üblichem Lagerspiel, aus einem Wälzlagerstahl, beispielsweise dem Wälzlagerstahl 100Cr6, bestehen, kann für die durchmessergrößeren Wälzkör- per ? eine Metalllegierung oder ein pulvermetallurgisch hergestelltes Material mit niedrigerem Elastizitätsmodul als der von Wälzlagerstahl genutzt werden. Oas pul- vermetallurgisch hergesteilte Material für die durchmessergrößeren Wälzkörper 7 kann die Nickel-Titanlegierung ΝΊΤΊ60 sein, welche ein Elastizitätsmodul von 80 GPa bis 120 GPa aufweisen kann. If the smaller diameter rolling elements 6, ie those with the usual diameter and the usual bearing clearance, from a bearing steel, for example bearing steel 100Cr6, can be used for the larger diameter rolling elements? a metal alloy or a powder metallurgically produced material having a lower modulus of elasticity than that of bearing steel can be used. The pulp metallurgically produced material for the larger-diameter rolling bodies 7 may be the nickel-titanium alloy ΝΊΤΊ60, which may have a modulus of elasticity of 80 GPa to 120 GPa.
In beiden Fällen lässt sich der Durchmesser der durchmessergrößeren Wälzkörper 7 so wählen, dass im Betrieb mit niedrigen Lasten eine Lagervorspannung gegeben ist, die den Schlupf der durchmesserkleineren Wälzkörper 6 im Wälzlager 1 reduziert oder ganz beseitigt, indem die durchmessergrößeren Wälzkörper 7 den durch alle Wälzkörper 6, 7 im Wälzlager 1 gebildeten Wälzkörpersatz über den Käfig 8 antrei- ben und auf kinematischer Drehzahl halten. Auch bei den höchsten auftretenden Lasten wird der vorgeschlagene Aufbau keine Überlastung und frühzeitige Ermü- dung der durchmessergrößeren Wälzkörper 7 bewirken, denn diese bestehen aus einem hochfesten Werkstoff und ermöglichen zugleich eine hohe Tragfähigkeit des gesamten Wälzlagers. Da die durchmessergrößeren Wälzkörper 7 weder aus einem Kunststoff bestehen noch als Hohlkörper ausgebildet sind, tragen auch diese ebenso wie die durchmesserkleineren Wälzkörper 6 mit zumindest weitgehend gleichem An- teil die auf das Wälzlager 1 wirkende Last. In both cases, the diameter of the larger diameter rolling elements 7 can be chosen so that in operation with low loads a bearing preload is given, which reduces the slip of the smaller diameter rolling elements 6 in the rolling bearing 1 or completely eliminated by the larger diameter rolling elements 7 by all rolling elements , 7 Rolling body set formed in the rolling bearing 1 on the cage 8 antreib- and keep it at kinematic speed. Even with the highest occurring loads, the proposed structure will not cause any overloading and premature fatigue of the larger diameter rolling elements 7, because these consist of a high-strength material and at the same time enable a high bearing capacity of the entire rolling bearing. Since the larger-diameter rolling bodies 7 neither consist of a plastic nor are formed as hollow bodies, they too, like the smaller-diameter rolling bodies 6, carry the load acting on the roller bearing 1 with at least substantially equal proportion.
Wenigstens die durchmessergrößeren Wälzkörper 7 können eine geeignete Profilie- rung zum Verhindern des Kantentragens derselben bei großer Verformung aufwei- sen, wodurch eine Überlastung der durchmessergrößeren Wälzkörper 7 auch bei den höchsten auftretenden Lasten mit damit verbundener frühzeitiger Ermüdung vermieden wird. At least the larger diameter rolling elements 7 may have suitable profiling to prevent edge bearing thereof at high deformation, thereby avoiding overloading of the larger diameter rolling elements 7 even at the highest occurring loads with associated premature fatigue.
Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Be- schreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebi- ger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die be- schriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmaiskombinationen als offenbart zu betrachten. Bezugzeichenliste All the features mentioned in the preceding description of the figures, in the claims and in the introduction to the description can be used both individually and in any combination with one another. The invention is thus not limited to the described and claimed combinations of features, but all Merkmaiskombinationen be regarded as disclosed. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Wälzlager 1 rolling bearing
2 Lageraußenring  2 bearing outer ring
3 Außenringlaufbahn  3 outer ring raceway
4 Lagerinnenring  4 bearing inner ring
5 Innenringlaufbahn  5 inner ring raceway
6 Wälzkörper mit üblichem Durchmesser und mit Lagerspiel  6 rolling elements with a common diameter and bearing clearance
7 Wälzkörper mit größerem Durchmesser und unter radialer Vorspannung 7 rolling elements with a larger diameter and under radial prestressing
8 Käfig 8 cage

Claims

Patentansprüche claims
1. Wälzlager (1), mit einem Lageraußenring (2) und mit einem koaxial darin ange- ordneten Lagerinnenring (4), wobei der Lageraußenring (2) eine Außenringlauf- bahn (3) und der Lagerinnenring (4) eine innenringiaufbahn (5) autweisen, wobei zwischen dem Lageraußenring (2) und dem Lagerinnenring (4) Wäizkörper (6, 7) angeordnet sind, weiche auf der Außenringlaufbahn (3) und der Innenringiaufbahn (5) abrollen, wobei wenigstens einer der Wälzkörper (7) einen größeren Durchmes- ser sowie ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist als die übrigen, durchmesser- kleineren Wälzkörper (6), und bei dem die durchmesserkleineren Wälzkörper (6) aus einem Wälzlagerstahl bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper (7) aus einem Keramik-Material oder einem Sinter- Hartmetali beziehungsweise aus einem puivermetaiiurgisch hergestellten Material mit einem Elastizitätsmodul zwischen 80 GPa und 120 GPa besteht. 1. rolling bearing (1), with a bearing outer ring (2) and with a coaxially arranged therein bearing inner ring (4), wherein the bearing outer ring (2) an outer raceway (3) and the bearing inner ring (4) an inner ring eggufbahn (5) Autweisen, between the bearing outer ring (2) and the bearing inner ring (4) Wharf body (6, 7) are arranged, soft on the outer ring raceway (3) and the Innenringiaufbahn (5) roll, at least one of the rolling elements (7) has a larger diameter - These and a lower modulus of elasticity than the other, smaller-diameter rolling elements (6), and in which the smaller diameter rolling elements (6) consist of a bearing steel, characterized in that the at least one, larger diameter rolling elements (7) made of a ceramic Material or a sintered Hartmetali or from a puivermetaiiurgisch produced material having a modulus of elasticity between 80 GPa and 120 GPa.
2. Wälzlager (1), mit einem Lageraußenring (2) und mit einem koaxial darin ange- ordneten Lagerinnenring (4), wobei der Lageraußenring (2) eine Außenringlauf- bahn (3) und der Lagerinnenring (4) eine Innenringiaufbahn (5) aufweisen, wobei zwischen dem Lageraußenring (2) und dem Lagerinnenring (4) Wälzkörper (6, 7) angeordnet sind, welche auf der Außenringlaufbahn (3) und der Innenringiaufbahn (5) abrollen, und bei dem wenigstens einer der Wäizkörper (7) einen größeren Durchmesser sowie ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist als die übrigen, durchmesserkleineren Wälzkörper (6), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigs- tens eine, durchmessergrößere Wälzkörper (7) aus einem Wäizlagerstahi besteht, und dass die übrigen, durchmesserkleineren Wälzkörper (6) aus einem Keramik- Material oder einem Sinter-Hartmetall mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 230 GPA bestehen. 2. rolling bearing (1), with a bearing outer ring (2) and with a coaxially arranged therein bearing inner ring (4), wherein the bearing outer ring (2) an outer raceway (3) and the bearing inner ring (4) an inner ring raceway (5) have, between the bearing outer ring (2) and the bearing inner ring (4) rolling elements (6, 7) are arranged, which roll on the outer ring raceway (3) and the Innenringiaufbahn (5), and at least one of the Wäizkörper (7) a larger diameter and a lower modulus of elasticity than the other, smaller-diameter rolling elements (6), characterized in that the at least one, larger diameter rolling elements (7) consists of a Wäizlagerstahi, and that the remaining, smaller-diameter rolling elements (6) of a ceramic - Consist of material or a cemented carbide with a modulus of elasticity of more than 230 GPA.
3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Wälzkör- per (6, 7) in einem Käfig (8) des Wälzlagers (1) aufgenommen sind. 3. Rolling bearing according to claim 1 or 2, characterized in that all Wälzkör- by (6, 7) in a cage (8) of the rolling bearing (1) are accommodated.
4. Wälzlager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmes- ser und das Elastizitätsmodul des wenigstens einen, durchmessergrößeren Wälz- körpers (7) so gewählt sind, dass im Betrieb mit niedrigen Lasten eine Lagervor- spannung gegeben ist, welche den Schlupf der durchmesserkleineren Wäfzkör- per (6) im Wälzlager (1) reduziert oder ganz beseitigt, indem der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper (7) den durch alle Wälzkörper (6, 7) im Wälzlager (1) gebildeten Wälzkörpersatz antreibt und auf kinematischer Drehzahl hält, und dass der Durchmesser, das Elastizitätsmodul sowie die Profilierung des wenigstens einen, durchmessergrößeren Wälzkörpers (7) so aufeinander abgestimmt sind, dass auch bei hohen auftretenden Lasten keine Überlastung und frühzeitige Ermü- dung des wenigstens einen durchmessergrößeren Wälzkörpers (7) auftritt. 4. rolling bearing according to claim 1 to 3, characterized in that the diameter and the modulus of elasticity of the at least one, larger diameter Wälzlager body (7) are selected such that, during operation with low loads, a bearing preload is provided which reduces or completely eliminates the slippage of the relatively small Wäfzkör- (6) in the rolling bearing (1) by at least one, larger-diameter rolling elements ( 7) drives the Wälzkörpersatz formed by all rolling elements (6, 7) in the rolling bearing (1) and keeps at kinematic speed, and that the diameter, the modulus of elasticity and the profiling of the at least one larger diameter rolling element (7) are coordinated with each other so that no overloading and premature fatigue of the at least one diameter-larger rolling body (7) occurs even at high loads occurring.
5. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genutzte Wäizlagerstahl ein Elastizitätsmodul von 200 GPa bis 230 GPa aufweist. 5. Rolling bearing according to one of claims 1 to 4, characterized in that the used bearing steel has a modulus of elasticity of 200 GPa to 230 GPa.
6. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit durchmesserkleineren Wälzkör- pern (6) aus einem Wäizlagerstahl, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper (7) aus einer Nickel-Titan-Legierung besteht. 6. Rolling bearing according to one of claims 1 to 5, with smaller diameter Wälzkör- pern (6) from a Wäizlagerstahl, characterized in that the at least one, larger-diameter rolling elements (7) consists of a nickel-titanium alloy.
7. Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper (7) aus der Nickel-Titan-Legierung NiTi60 besteht. 7. Rolling bearing according to claim 6, characterized in that the at least one, larger diameter rolling elements (7) consists of the nickel-titanium alloy NiTi60.
8. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzlagerstahl ein Stahl aus der Gruppe der Stähle 100Cr6, StA 100CrMnSi6-4, M50, 32CrMoV13, Cronidur®, Cronitec® sowie der Einsatzstähle ist. 8. Rolling bearing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bearing steel is a steel from the group of steels 100Cr6, StA 100CrMnSi6-4, M50, 32CrMoV13, Cronidur®, Cronitec® and the case-hardened steels.
9. Wälzlager nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine, durchmessergrößere Wälzkörper (7) eine Profilierung zum Verhin- dern des Kantentragens bei größerer Verformung aufweist. 9. Rolling bearing according to one of claims 4 to 8, characterized in that the at least one, larger-diameter rolling elements (7) has a profiling to prevent the edge wear at greater deformation.
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