WO2018068786A1 - Rolle für ein wälzlager sowie wälzlager mit der rolle - Google Patents

Rolle für ein wälzlager sowie wälzlager mit der rolle Download PDF

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WO2018068786A1
WO2018068786A1 PCT/DE2017/100821 DE2017100821W WO2018068786A1 WO 2018068786 A1 WO2018068786 A1 WO 2018068786A1 DE 2017100821 W DE2017100821 W DE 2017100821W WO 2018068786 A1 WO2018068786 A1 WO 2018068786A1
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roller
recess
rollers
centering
contour
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PCT/DE2017/100821
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English (en)
French (fr)
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Alexander Weidner
Andreas Dollinger
Silvio END
Manfred WALCH
Carolin WELSCHER
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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    • F16C33/34—Rollers; Needles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C33/46—Cages for rollers or needles
    • F16C33/52—Cages for rollers or needles with no part entering between, or touching, the bearing surfaces of the rollers
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    • F16C19/22—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
    • F16C19/24—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 radial load mainly
    • F16C19/26—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 radial load mainly with a single row of rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/10—Application independent of particular apparatuses related to size
    • F16C2300/14—Large applications, e.g. bearings having an inner diameter exceeding 500 mm

Definitions

  • the invention relates to a roller for a roller bearing having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a rolling bearing with this role.
  • Rolling bearings in conventional construction include a first career partner and a second career partner and a plurality of rolling elements, which are arranged between the raceway partners.
  • rolling elements in particular rollers and balls are in use.
  • rollers a distinction can be made between cylindrical rollers, needle rollers, barrel rollers, tapered rollers, etc.
  • the roles in common is that they have an elongated shape with end faces. The rollers rotate about a roller axis during operation as they roll between the track partners.
  • a rotor main bearing which has a plastic cage, are inserted in the rolling elements in the form of rollers.
  • at least a plurality of the rolling elements have at least one recess which opens to a first end side and / or to a second end side of the rolling bodies.
  • the recesses are incorporated to reduce the weight of the rolling elements and thus the gravitational shocks of adjacent segments to each other.
  • EP 2309143B1 discloses a rolling bearing with rolling elements, wherein centering openings for centering points are introduced in the rolling elements on the front sides.
  • This object is achieved by a roller having the features of claim 1 and by a rolling bearing having the feature of claim 10.
  • the invention relates to a roller which is suitable and / or designed for a rolling bearing.
  • the roller is formed as a metal roller.
  • the material of the roller is particularly preferably a steel, in particular a roller bearing steel.
  • the roller may be formed as a cylindrical roller. Alternatively, the role is realized as a barrel roller, tapered roller or as a pendulum roller.
  • the roller has an end surface on each axial side.
  • the end face may be flat or stepped.
  • a stepped end face e.g. lead an outer ring surface over a step to a central circular area.
  • the end surface may be formed torusballig.
  • a recess is introduced in the end face.
  • the recess is arranged coaxially and / or concentrically with the axis of rotation.
  • the recess has a contour in a longitudinal section along the axis of rotation.
  • the recess is preferably separating, in particular material removal, introduced into the roll.
  • the recess in particular in the axial extent, has a centering section for receiving a centering tip and an adjoining curvature section.
  • the centering section is preferably designed to converge and / or funnel-shaped, so that the free diameter of the recess decreases starting from the end face in the direction of the roller center point.
  • the recess in the whole is converging, in particular strictly monotone converging, and / or funnel-shaped.
  • the contour of the recess in the said longitudinal section is curved, in particular curved and at the same time converging.
  • the transition between the centering section and the curvature section in particular in the contour, in particular in a contour curve, is designed to be differentiable and / or tangential.
  • the gradients can be measured, for example, in a lying role, wherein the axis of rotation mentally forms an X-axis and a Y-axis is oriented perpendicular to the axis of rotation.
  • the contour in particular the contour curve, forms a graph in the auxiliary coordinate system constructed in this way, wherein the graph is designed to be differentiable and / or tangentially transitioning at the transition between the centering section and the curved section, in particular in the manner described.
  • the rolls according to the invention are clamped on both sides in centering tips. Consequently, the rollers for receiving the centering must have recesses for the centering.
  • these recesses can weaken the role.
  • angular transitions in the recesses can lead to a failure of the role in operation.
  • the transition between the centering and the curvature portion differentially and / or tangentially formed transient and thus edge-free and / or smooth realized, can form at the position of the transition no or in contrast to an edgy transition only reduced voltage increases, so that the roller and thus the rolling bearing is more resilient.
  • the recess has the shape of a rotational body, which is formed by a rotation of the contour about the axis of rotation.
  • the contour is differentiated formed alternatively or additionally, all transitions are realized tangentially transient.
  • the edge-free and / or smooth transition is claimed not only at the transition between the centering and the curvature portion, but over the entire course of the contour and / or the recess.
  • the centering section has a constant curvature or a constant gradient and / or that the curvature section has a constant curvature.
  • the curvature section is formed as a spherical segment, as a spherical layer or as a torus layer.
  • a spherical segment of the curvature portion forms an end or a bottom of the recess.
  • the recess as a spherical layer closes at the curvature section yet another section, in particular an end portion as will be described below, at.
  • the curvature section has a uniform center of curvature.
  • the torus layer is formed by a curved, preferably circular curved curve is rotated about the axis of rotation.
  • the torus layer is generated by the rotation of the contour, in particular a half-sided contour, of the curvature section as a generatrix about the axis of rotation.
  • the centering section is optionally designed as a truncated cone layer or as a torus layer.
  • the bounding walls are realized at a constant pitch.
  • the torus layer is generated as previously described.
  • the centering section preferably adjoins directly to the end face. However, it is also possible that the transition between the end face and the centering is broken by a chamfer in manufacturing technology conventional manner.
  • the recess has an end portion, wherein the end portion adjoins the curvature portion.
  • the end portion may be formed, for example, as a Anbohrabchanging, in this case particularly preferably as a cone portion.
  • the end portion is formed as a spherical segment. Both variants are manufacturing technology easy to produce and due to the uniform contours are introduced by this no weakening in the role.
  • curvature section merges tangentially into the end section and / or that the transition is differentiable.
  • This embodiment further extends the inventive idea of designing the recess so that no weakenings are introduced into the roller.
  • the ratio between the roll length and the depth of the recess is between 10 and 150, preferably between 13 and 100, in particular between 15 and 30.
  • the depth of the recess is less than 4 millimeters, preferably less than 2 millimeters.
  • the ratio between the roll diameter and the input diameter and / or the free diameter of the recess at the end face is between 3 and 55, preferably between 5.7 and 39.5.
  • the input diameter is less than 6 mm, preferably less than 3 mm and in particular less than 2 mm.
  • it is further particularly preferred that the diameter and / or the length of the roller is greater than 25 millimeters.
  • the centering section assumes a cone angle of 60 degrees.
  • the curved portion is realized as a torus layer, wherein the generating contour is formed as a circular portion with a radius r between 0, 1 millimeter and 1, 5 millimeters.
  • the end portion is formed as a spherical segment with a radius r> 10 mm.
  • Another object of the invention relates to a rolling bearing, wherein the rolling bearing may be formed as a radial bearing or as a thrust bearing or as an axial-radial bearing.
  • the rolling bearing has a first and a second raceway and a plurality of rolling elements, wherein the rolling elements are arranged between the first and the second raceway rolling.
  • the rolling elements are designed as rollers, which have been described above or according to one of the preceding claims. It is envisaged that the recesses in the rolling elements are unoccupied and / or unused and / or empty and / or free of interference.
  • This embodiment again underlines that the recesses are formed as ZentrierausEnglishisme and in particular assume no function such as a leadership function by the engagement of a bolt in the recess.
  • Another optional object of the invention may relate to a method for manufacturing the rolling bearing, wherein first the recesses are introduced into the rollers, subsequently the rollers between the centering tips are clamped and processed and finally the rollers are installed in the rolling bearing
  • Figure 1 is a schematic three-dimensional representation of a rolling bearing as an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a longitudinal section of a roll according to the prior art with inserted centering tips
  • 3a, b shows a longitudinal section in three-dimensional representation and a longitudinal section in two-dimensional representation of a roller as a first embodiment of the invention
  • FIGS. 7a, b show simulation results of the stress distribution in the case of the roller in conventional construction (FIG. 7a) and in optimized form (FIG. 7b).
  • the rolling bearing 1 shows a schematic three-dimensional representation of a roller bearing 1 as an embodiment of the invention.
  • the rolling bearing 1 is designed as a radial rolling bearing and has an inner ring 2 with an inner race 3 and an outer ring 4 with an outer race 5. Between the inner ring 2 and the outer ring 4, a plurality of rolling elements 6 are arranged, which roll off between the inner race 3 and the outer raceway 5.
  • the rolling elements 6 are formed as rollers and realized in this embodiment as cylindrical rollers.
  • the rolling bearing 1 is dimensioned as a slewing bearing, wherein the rollers 6 have a diameter and / or a length of greater than 25 millimeters.
  • the rolling bearing 1 can be formed as single row, as shown, but it can also be realized in several rows.
  • the rollers 6 are arranged in the rolling bearing 1 full complement.
  • Each of the rollers 6 has on each side an end face 7, in the middle of a recess 8 is introduced.
  • the recess 8 is arranged coaxially and / or concentrically to a rotational axis D ( Figure 2 et seq.). In the installed state of the rollers 6, as shown in the figure 1, the recesses 8 have no function and are thus unoccupied.
  • the rolling bearing 1 in Figure 1 is highly resilient during operation. This can lead to very high WälzSystembelastept with a Hertzian pressure between the track 3 or 5 and the rollers 6 with more than 4,000 MPa, so that very high voltages occur in the Zentri mecanicsgeometrie. These stresses can cause the loaded rollers 6 are not fatigue during dynamic operation, so that a roll break can not be excluded.
  • FIG. 2 shows one of the rollers 6 according to the prior art in a schematic three-dimensional longitudinal sectional view. It can be seen that the end faces 7 have an outer circular ring region 9 and an inner circular disk region 10, wherein the circular ring region 9 and the circular disk region 10 are arranged graduated to one another. In the annular region 10, the recess 8 is introduced. In the axial direction, two centering tips 1 1 engage in the recesses 8 in order to keep the roller 6 centered, so that it can be machined during production. This type of holding is also referred to as "intermediate tips.”
  • the stepped centering geometry shown in Figure 2 is formed according to DIN332.
  • a roller 6 is shown as a first embodiment of the invention in a schematic, three-dimensional longitudinal sectional view or in a longitudinal sectional view.
  • the roller 6 and the rollers 6 described below have the end surfaces 7 with the circular ring area 9 and the circular disk area 10, in which the recess 8 coaxial and / or concentric with the axis of rotation D is introduced.
  • the end surface 7 may be flat or torusballig.
  • the diameter and / or the length of the roller 6 in Figures 3a, b and in the following figures is greater than 25 mm.
  • the recess 8 has a depth t, wherein the depth t is less than 2 millimeters.
  • a centering section 12 and subsequently a curved section 13 adjoin one another in the depth direction.
  • the depth t is split approximately halfway between the centering section 12 and the curvature section 13.
  • the free input diameter d opens at the end face 7 and is smaller than 5 mm and in this embodiment 4.25 mm.
  • the centering portion 12 is formed as a truncated cone layer having a cone angle which, measured relative to a radial plane to the rotation axis D, may be between 30 and 75 degrees and is dimensioned at 60 degrees in this embodiment.
  • the walls of the centering section 12 have a constant pitch.
  • the curvature section 13 is designed as a spherical segment with a tip radius r.
  • the curved portion 13 forms a spherical cap, which closes the recess 8.
  • the tip radius r is less than 5 mm and in this example is 2 mm.
  • the transition between the centering section 12 and the curvature section 13 is carried out tangentially in the embodiment in Figures 3a, b and in all other embodiments, so that there is no step or no kink between the two sections.
  • the transition of the contour is formed differentiable in the longitudinal section shown.
  • the centering geometry of the recess 8 in the exemplary embodiment in FIGS. 3a, b or in the following figures results in lower stresses during loading of the roller 6 during operation than in the roller 6 of FIG. 2
  • Figures 4a, b show in the same representation as the preceding figure, a second embodiment of the invention, wherein in comparison to the first embodiment of the invention, the centering portion 12 is formed as a torus layer.
  • FIGS. 5a, b A third exemplary embodiment is shown in FIGS. 5a, b, in which, compared with the preceding exemplary embodiments, the centering section 12 has a larger cone angle, in this example 75 degrees. Otherwise reference is made to the previous description.
  • the curvature section 12 may be formed as a truncated cone layer as in FIGS. 3a, b or as a torus layer as in FIGS. 4a, b. It should be emphasized that the transition between the centering portion 12 and the curvature portion 13 is always tangential and / or differentiated as described above. The slope or the curvature is constant in the sections 12, 13.
  • the centering section 12 is designed as a truncated cone layer, whereas the curved section 13 is designed as a ball layer, which merges into an end section 14.
  • the transition between the curvature section 13 and the end section 14 is formed tangentially and / or differentiable in this embodiment and the following embodiment.
  • the end portion 14 is realized as a Anbohrabsacrificing in the form of a cone portion.
  • FIGS. 7 a, b show simulation results with regard to a stress distribution when the roller 6 is loaded.
  • FIG. 7a shows the conventional centering geometry of FIG. 2, which shows a maximum value of 935 and a minimum value of -1436.
  • FIG. 7b shows the centering geometry according to FIGS. 3a, b, the maximum stress being 513 and the minimum being -861.
  • the voltage difference has been significantly reduced by the centering geometry according to the invention under otherwise identical simulation conditions, so that the changed centering geometry leads to a higher load capacity of the roller 6.

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Abstract

Wälzlager in üblicher Bauweise umfassen einen ersten Laufbahnpartner und einen zweiten Laufbahnpartner sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, welche zwischen den Laufbahnpartnern angeordnet sind. An Bauformen für die Wälzkörper sind insbesondere Rollen und Kugeln in Verwendung. Bei den Rollen kann zwischen Zylinderrollen, Nadelrollen, Tonnenrollen, Kegelrollen etc. unterschieden werden. Den Rollen gemeinsam ist jedoch, dass diese eine langgestreckte Form mit Endseiten aufweisen. Die Rollen rotieren um eine Rollenachse im Betrieb, wenn diese zwischen den Laufbahnpartnern abwälzen. Es wird eine Rolle für ein Wälzlager vorgeschlagen, wobei die Rolle auf jeder Seite eine Endfläche (7) aufweist, wobei in der Endfläche eine Ausnehmung (8) eingebracht ist, wobei die Rolle eine Drehachse (D) definiert und wobei die Ausnehmung in einem Längsschnitt entlang der Drehachse eine Kontur aufweist, wobei die Ausnehmung einen Zentrierabschnitt (12) zur Aufnahme einer Zentrierspitze und einen daran anschließenden Krümmungsabschnitt (13) aufweist, wobei der Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt und dem Krümmungsabschnitt differenzierbar und/oder tangential übergehend ausgebildet ist.

Description

Rolle für ein Wälzlager sowie Wälzlager mit der Rolle
Die Erfindung betrifft eine Rolle für ein Wälzlager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Wälzlager mit dieser Rolle.
Wälzlager in üblicher Bauweise umfassen einen ersten Laufbahnpartner und einen zweiten Laufbahnpartner sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern, welche zwischen den Laufbahnpartnern angeordnet sind. An Bauformen für die Wälzkörper sind insbesondere Rollen und Kugeln in Verwendung. Bei den Rollen kann zwischen Zylinderrollen, Nadelrollen, Tonnenrollen, Kegelrollen etc. unterschieden werden. Den Rollen gemeinsam ist jedoch, dass diese eine langgestreckte Form mit Endseiten aufweisen. Die Rollen rotieren um eine Rollenachse im Betrieb, wenn diese zwischen den Laufbahnpartnern abwälzen.
In der Druckschrift DE 10 201 1 079 391 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, wird eine Rotorhauptlagerung vorgeschlagen, welche einen Kunststoffkäfig aufweist, in die Wälzkörper in Form von Rollen eingelegt sind. In der Druckschrift wird vorgeschlagen, dass zumindest mehrere der Wälzkörper mindestens eine sich zu einer ersten Stirnseite und/oder zu einer zweiten Stirnseite der Wälzkörper öffnende Ausnehmung aufweisen. Die Ausnehmungen sind eingebracht, um das Gewicht der Wälzkörper und damit die schwerkraftbedingten Stöße benachbarter Segmente aufeinander zu verringern.
Die Druckschrift EP 2309143B1 offenbart ein Wälzlager mit Wälzkörpern, wobei in den Wälzkörpern an den Stirnseiten Zentrieröffnungen für Zentrierspitzen eingebracht sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rolle für ein Wälzlager sowie ein Wälzlager mit derartigen Rollen vorzuschlagen, welche zum einen fertigungstechnisch einfach hergestellt werden können und zum anderen besonders hoch belastbar sind. Diese Aufgabe wird durch eine Rolle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Wälzlager mit dem Merkmal des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte oder bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist eine Rolle, welche für ein Wälzlager geeignet und/oder ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Rolle als eine Metallrolle, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Werkstoff der Rolle ein Stahl, insbesondere ein Wälzlagerstahl. Die Rolle kann als eine Zylinderrolle ausgebildet sein. Alternativ hierzu ist die Rolle als eine Tonnenrolle, Kegelrolle oder als eine Pendelrolle realisiert.
Die Rolle definiert durch die konstruktive Ausgestaltung und/oder durch die Eigenrotation im Betrieb eine Drehachse. Die Rolle weist auf jeder axialen Seite eine Endfläche auf. Die Endfläche kann plan oder gestuft ausgebildet sein. Bei einer gestuften Endfläche kann z.B. eine äußere Ringfläche über eine Stufe zu einer zentralen Kreisfläche führen. Alternativ kann die Endfläche torusballig ausgebildet sein.
In der Endfläche ist jeweils eine Ausnehmung eingebracht. Vorzugsweise ist die Ausnehmung koaxial und/oder konzentrisch zu der Drehachse angeordnet. Die Ausnehmung weist in einem Längsschnitt entlang der Drehachse eine Kontur auf. Die Ausnehmung ist vorzugsweise trennend, insbesondere materialabtragend, in die Rolle eingebracht.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung, insbesondere in axialer Erstreckung, einen Zentrierabschnitt zur Aufnahme einer Zentrierspitze und einen daran anschließenden Krümmungsabschnitt aufweist. Der Zentrierabschnitt ist vorzugsweise konvergierend und/oder trichterförmig ausgebildet, sodass sich der freie Durchmesser der Ausnehmung ausgehend von der Endfläche in Richtung des Rollenmittelpunkts verringert. Vorzugsweise ist die Ausnehmung in der Gesamtheit konvergierend, insbesondere streng monoton konvergierend, und/oder trichterförmig ausgebildet. In dem Krümmungsabschnitt ist die Kontur der Ausnehmung in dem besagten Längsschnitt gekrümmt, insbesondere gekrümmt und zugleich konvergierend ausgebildet. Ergänzend wird beansprucht, dass der Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt und dem Krümmungsabschnitt, insbesondere in der Kontur, im Speziellen in einem Konturverlauf, differenzierbar und/oder tangential übergehend ausgebildet ist. Mathematisch bedeutet dies insbesondere, dass eine Steigung des Zentrierabschnitts sich am Übergang an eine Steigung des Krümmungsabschnitts annähert bzw. diese beiden Steigungen gleich sind. Die Steigungen können beispielsweise bei einer liegenden Rolle gemessen werden, wobei die Drehachse gedanklich eine X-Achse bildet und eine Y-Achse senkrecht zu der Drehachse ausgerichtet ist. Die Kontur, insbesondere der Konturverlauf, bildet einen Graphen in dem derart konstruierten Hilfskoordinatensystem, wobei der Graph an dem Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt und dem Krümmungsabschnitt insbesondere in beschriebener Weise differenzierbar und/oder tangential übergehend ausgebildet ist.
Bei der Fertigung werden die erfindungsgemäßen Rollen in Zentrierspitzen beidseitig eingespannt. Folglich müssen die Rollen zur Aufnahme der Zentrierspitzen Ausnehmungen für die Zentrierspitzen aufweisen. Es wurde jedoch erkannt, dass diese Ausnehmungen - auch wenn diese im Vergleich mit der Gesamtgröße der Rolle sehr klein sind - eine Schwächung der Rolle darstellen können. Insbesondere kantige Übergänge in den Ausnehmungen können zu einem Versagen der Rolle im Betrieb führen. Dadurch, dass erfindungsgemäß der Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt und dem Krümmungsabschnitt differenzierbar und/oder tangential übergehend ausgebildet ist und damit kantenfrei und/oder glatt realisiert ist, können sich an der Position des Übergangs keine oder im Gegensatz zu einem kantigen Übergang nur verminderte Spannungserhöhungen ausbilden, sodass die Rolle und damit das Wälzlager höher belastbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Ausnehmung die Form eines Rotationskörpers auf, welcher durch eine Rotation der Kontur um die Drehachse gebildet ist. Die Kontur ist differenzierbar ausgebildet alternativ oder ergänzend sind alle Übergänge tangential übergehend realisiert. Damit wird der kantenfreie und/oder glatte Übergang nicht nur bei dem Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt und dem Krümmungsabschnitt beansprucht, sondern über den gesamten Verlauf der Kontur und/oder der Ausnehmung. Es ist besonders bevorzugt, dass der Zentrierabschnitt eine konstante Krümmung oder eine konstante Steigung und/oder dass der Krümmungsabschnitt eine konstante Krümmung aufweist. Durch eine konstante Krümmung bzw. Steigung werden weiter Spannungserhöhungen im Bereich der Ausnehmung vermieden. Außerdem wird die Fertigung der Ausnehmung in der Rolle vereinfacht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Krümmungsabschnitt als ein Kugelsegment, als eine Kugelschicht oder als eine Torusschicht ausgebildet. In der Ausbildung als Kugelsegment bildet der Krümmungsabschnitt ein Ende oder einen Boden der Ausnehmung. In der Ausnehmung als Kugelschicht schließt sich an dem Krümmungsabschnitt noch ein weiterer Abschnitt, insbesondere ein Endabschnitt wie dieser nachfolgend noch beschrieben wird, an. Bei der Ausbildung als Kugelschicht weist der Krümmungsabschnitt einen einheitlichen Krümmungsmittelpunkt auf. Die Torusschicht wird gebildet, indem eine gekrümmte, vorzugsweise kreisförmig gekrümmte Kurve um die Drehachse rotiert wird. Insbesondere wird die Torusschicht durch die Rotation der Kontur, insbesondere einer halbseitigen Kontur, des Krümmungsabschnitts als Erzeugende um die Drehachse erzeugt.
Alternativ und/oder ergänzend ist der Zentrierabschnitt wahlweise als eine Kegelstumpfschicht oder als eine Torusschicht ausgebildet. Bei der Ausbildung als eine Kegelstumpfschicht sind die begrenzenden Wände mit einer konstanten Steigung realisiert. Die Torusschicht wird wie zuvor beschrieben erzeugt. Vorzugsweise schließt sich der Zentrierabschnitt unmittelbar an die Endfläche an. Es ist jedoch auch möglich, dass in fertigungstechnisch üblicher Weise der Übergang zwischen der Endfläche und dem Zentrierabschnitt durch eine Fase gebrochen ist.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist die Ausnehmung einen Endabschnitt auf, wobei sich der Endabschnitt an den Krümmungsabschnitt anschließt. Der Endabschnitt kann beispielsweise als ein Anbohrabschnitt, in diesem Fall besonders bevorzugt als ein Kegelabschnitt, ausgebildet sein. Alternativ hierzu ist der Endabschnitt als ein Kugelsegment ausgebildet. Beide Varianten sind fertigungstechnisch einfach herstellbar und aufgrund der gleichmäßigen Konturverläufe werden durch diese keine Schwächungen in die Rolle eingebracht.
Es ist in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt, dass der Krümmungsabschnitt tangential in den Endabschnitt übergeht und/oder dass der Übergang differenzierbar ist. Diese Ausgestaltung führt den erfinderischen Gedanken weiter, die Ausnehmung so zu gestalten, dass keine Schwächungen in die Rolle eingebracht werden.
Es ist bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen der Rollenlänge und der Tiefe der Ausnehmung zwischen 10 und 150, bevorzugt zwischen 13 und 100, insbesondere zwischen 15 und 30 liegt. Bei einer bevorzugten praktischen Realisierung der Erfindung ist die Tiefe der Ausnehmung kleiner als 4 Millimeter, vorzugsweise kleiner als 2 Millimeter ausgebildet. Ferner ist es bevorzugt, dass das Verhältnis zwischen dem Rollendurchmesser und dem Eingangsdurchmesser und/oder dem freien Durchmesser der Ausnehmung an der Endfläche zwischen 3 und 55, vorzugsweise zwischen 5,7 und 39,5 liegt. Bei einer oder der praktischen Realisierung ist der Eingangsdurchmesser kleiner als 6 mm, vorzugsweise kleiner als 3 mm und insbesondere kleiner als 2 mm. Bei einer oder der praktischen Realisierung ist es ferner besonders bevorzugt, dass der Durchmesser und/oder die Länge der Rolle größer als 25 Millimeter ausgebildet ist. Diese Ausgestaltungen unterstreichen nochmals, dass die Funktion der Ausnehmung auf die Zentrierung beschränkt ist.
Eine mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass der Zentrierabschnitt einen Kegelwinkel von 60 Grad einnimmt. Der Krümmungsabschnitt ist als eine Torusschicht realisiert, wobei die erzeugende Kontur als ein Kreisabschnitt mit einem Radius r zwischen 0, 1 Millimeter und 1 ,5 Millimeter ausgebildet ist. Der Endabschnitt ist als ein Kugelsegment mit einem Radius r > 10 mm ausgebildet.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Wälzlager, wobei das Wälzlager als ein Radiallager oder als ein Axiallager oder als ein Axial-Radiallager ausgebildet sein kann. Das Wälzlager weist eine erste und eine zweite Laufbahn sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf, wobei die Wälzkörper zwischen der ersten und der zweiten Laufbahn abwälzend angeordnet sind. Die Wälzkörper sind als Rollen ausgebildet, welche zuvor beschrieben wurden bzw. nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Es ist vorgesehen, dass die Ausnehmungen in den Wälzkörpern unbesetzt und/oder unbenutzt und/oder leer und/oder eingriffsfrei sind. Durch diese Ausgestaltung wird nochmals unterstrichen, dass die Ausnehmungen als Zentrierausnehmungen ausgebildet sind und insbesondere keine Funktion wie zum Beispiel eine Führungsfunktion durch den Eingriff eines Bolzens in die Ausnehmung übernehmen. Ein weiterer optionaler Gegenstand der Erfindung kann ein Verfahren zum Fertigen des Wälzlagers betreffen, wobei zunächst die Ausnehmungen in die Rollen eingebracht werden, nachfolgend die Rollen zwischen den Zentrierspitzen eingespannt werden und bearbeitet werden und schließlich die Rollen in das Wälzlager eingebaut werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Wälzlagers als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 einen Längsschnitt einer Rolle nach dem Stand der Technik mit eingesetzten Zentrierspitzen;
Figuren 3a, b einen Längsschnitt in dreidimensionaler Darstellung bzw. einen Längsschnitt in zweidimensionaler Darstellung einer Rolle als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figuren 4a, b in gleicher Darstellung wie die vorhergehende Figur eine Rolle als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figuren 5a, b in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figuren 6a, b in gleicher Darstellung wie die vorhergehenden Figuren ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figuren 7a, b Simulationsergebnisse von der Spannungsverteilung bei der Rolle in konventioneller Bauweise (Figur 7a) sowie in optimierter Form (Figur 7b).
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung ein Wälzlager 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Wälzlager 1 ist als ein Radialwälzlager ausgebildet und weist einen Innenring 2 mit einer Innenlaufbahn 3 sowie einen Außenring 4 mit einer Außenlaufbahn 5 auf. Zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 4 sind eine Mehrzahl von Wälzkörpern 6 angeordnet, welche zwischen der Innenlaufbahn 3 und der Außenlaufbahn 5 abwälzen. Die Wälzkörper 6 sind als Rollen ausgebildet und bei diesem Ausführungsbeispiel als Zylinderrollen realisiert. Das Wälzlager 1 ist als ein Großwälzlager dimensioniert, wobei die Rollen 6 einen Durchmesser und/oder eine Länge von größer als 25 Millimeter aufweisen. Das Wälzlager 1 kann wie dargestellt einreihig ausgebildet sein, es kann jedoch auch mehrreihig realisiert sein. Die Rollen 6 sind in dem Wälzlager 1 vollrollig angeordnet.
Jeder der Rollen 6 weist auf jeder Seite eine Endfläche 7 auf, in der mittig eine Ausnehmung 8 eingebracht ist. Die Ausnehmung 8 ist koaxial und/oder konzentrisch zu einer Drehachse D (Figur 2 ff.) angeordnet. In dem eingebauten Zustand der Rollen 6, wie dieser in der Figur 1 dargestellt ist, haben die Ausnehmungen 8 keine Funktion und sind somit unbesetzt.
Das Wälzlager 1 in der Figur 1 ist im Betrieb hoch belastbar. Dies kann zu sehr hohen Wälzkörperbelastungen mit einer Hertzsche Pressung zwischen der Laufbahn 3 oder 5 und den Rollen 6 mit mehr als 4.000 MPa führen, so dass sehr hohe Spannungen in der Zentrierungsgeometrie auftreten. Diese Spannungen können dazu führen, dass die belasteten Rollen 6 beim dynamischen Betrieb nicht dauerfest sind, sodass ein Rollenbruch nicht ausgeschlossen werden kann.
Die Figur 2 zeigt eine der Rollen 6 gemäß des Stands der Technik in einer schematischen dreidimensionalen Längsschnittdarstellung. Es ist zu erkennen, dass die Endflächen 7 einen äußeren Kreisringbereich 9 sowie einen inneren Kreisscheibenbereich 10 aufweisen, wobei der Kreisringbereich 9 und der Kreisscheibenbereich 10 zueinander abgestuft angeordnet sind. In dem Kreisringbereich 10 ist die Ausnehmung 8 eingebracht. In axialer Richtung greifen zwei Zentrierspitzen 1 1 in die Ausnehmungen 8 ein, um die Rolle 6 zentriert zu halten, damit diese bei der Fertigung bearbeitet werden kann. Diese Art des Haltens wird auch als „Zwischen Spitzen" bezeichnet. Die in der Figur 2 dargestellte, gestufte Zentrierungsgeometrie ist gemäß der DIN332 ausgebildet.
Durch eine verbesserte Geometrie der Zentrierung kann eine wesentlich höhere dynamische Belastbarkeit der Rollen 6 erreicht werden, da die Spannungen unter Rollenlast innerhalb der Zentrierungsgeometrie deutlich geringer sind als bei der in der Figur 2 beschriebenen Form.
In den Figuren 3a, b ist in einer schematischen, dreidimensionalen Längsschnittdarstellung bzw. in einer Längsschnittdarstellung eine Rolle 6 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Rolle 6 sowie die nachfolgend beschriebenen Rollen 6 weisen die Endflächen 7 mit dem Kreisringbereich 9 und dem Kreisscheibenbereich 10 auf, in den die Ausnehmung 8 koaxial und/oder konzentrisch zu der Drehachse D eingebracht ist. Alternativ hierzu kann bei dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 3a, b oder in den nachfolgenden Figuren die Endfläche 7 plan oder torusballig ausgebildet sein. Der Durchmesser und/oder die Länge der Rolle 6 in den Figuren 3a, b und in den nachfolgenden Figuren ist größer als 25 mm.
Die Ausnehmung 8 weist eine Tiefe t auf, wobei die Tiefe t kleiner als 2 Millimeter ausgebildet ist. Ausgehend von der Endfläche 7 schließt sich in Tiefenerstreckung zunächst ein Zentrierabschnitt 12 und nachfolgend ein Krümmungsabschnitt 13 an. Die Tiefe t teilt sich in etwa hälftig zwischen dem Zentrierabschnitt 12 und dem Krümmungsabschnitt 13 auf. Der freie Eingangsdurchmesser d öffnet sich an der Endfläche 7 und ist kleiner als 5 mm und in diesem Ausführungsbeispiel 4,25 mm. Der Zentnerabschnitt 12 ist als eine Kegelstumpfschicht ausgebildet mit einem Kegelwinkel, welcher gemessen relativ zu einer Radialebene zu der Drehachse D zwischen 30 und 75 Grad betragen kann und bei diesem Ausführungsbeispiel mit 60 Grad bemaßt ist. Die Wände des Zentrierabschnitts 12 haben eine konstante Steigung. Der Krümmungsabschnitt 13 ist dagegen als ein Kugelsegment mit einem Spitzenradius r ausgebildet. Insbesondere bildet der Krümmungsabschnitt 13 eine Kugelkappe, welche die Ausnehmung 8 abschließt. Der Spitzenradius r ist kleiner als 5 mm und beträgt in diesem Beispiel 2 mm.
Der Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt 12 und dem Krümmungsabschnitt 13 ist bei dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 3a, b sowie bei allen weiteren Ausführungsbeispielen tangential ausgeführt, sodass sich keine Stufe oder kein Knick zwischen den beiden Abschnitten ergibt. Alternativ ausgedrückt ist der Übergang der Kontur in dem gezeigten Längsschnitt differenzierbar ausgebildet. Wie in Zusammenhang mit den Figuren 8a, b noch erläutert wird, ergeben sich durch die Zentrierungsgeometrie der Ausnehmung 8 bei dem Ausführungsbeispiel in den Figuren 3a, b bzw. in den nachfolgenden Figuren geringere Spannungen bei einer Belastung der Rolle 6 im Betrieb als bei der Rolle 6 der Figur 2.
Die Figuren 4a, b zeigen in gleicher Darstellung wie die vorhergehende Figur ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Zentrierabschnitt 12 als eine Torusschicht ausgebildet ist. Die Krümmung R der Kontur der Torusschicht beträgt das 20 bis 30- fache der Krümmung r des Krümmungsabschnitts 13. Insbesondere gilt R = (20...30) *r wobei r der Spitzenradius des Krümmungsabschnitts 13 ist.
In den Figuren 5a, b ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der Zentrierabschnitt 12 einen größeren Kegelwinkel, in diesem Beispiel 75 Grad aufweist. Ansonsten wird auf die vorherige Beschreibung verwiesen. Der Krümmungsabschnitt 12 kann als eine Kegelstumpfschicht wie in den Figuren 3a, b oder als Torussschicht wie in den Figuren 4a, b ausgebildet sein. Es ist zu unterstreichen, dass der Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt 12 und dem Krümmungsabschnitt 13 stets und wie zuvor beschrieben tangential und/oder differenzierbar ausgebildet ist. Die Steigung bzw. die Krümmung ist in den Abschnitten 12, 13 jeweils konstant.
Bei der Rolle 6 in den Figuren 6a, b ist der Zentrierabschnitt 12 als eine Kegelstumpfschicht ausgebildet, der Krümmungsabschnitt 13 ist dagegen als eine Kugelschicht ausgebildet, welche in einen Endabschnitt 14 übergeht. Der Übergang zwischen dem Krümmungsabschnitt 13 und dem Endabschnitt 14 ist bei diesem Ausführungsbeispiel und dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel tangential und/oder differenzierbar ausgebildet. Der Endabschnitt 14 ist als ein Anbohrabschnitt in Form eines Kegelabschnitts realisiert.
In den Figuren 7a, b sind Simulationsergebnisse hinsichtlich einer Spannungsverteilung bei einer Belastung der Rolle 6 dargestellt. In der Figur 7a ist die konventionelle Zentrierungsgeometrie der Figur 2 gezeigt, wobei diese einen Maximalwert von 935 und einen Minimalwert von -1436 zeigt. In der Figur 7b ist dagegen die Zentrierungsgeometrie gemäß der Figuren 3a, b dargestellt, wobei die maximale Spannung 513 und die minimale -861 beträgt. Somit ist die Spannungsdifferenz durch die erfindungsgemäße Zentrierungsgeometrie bei ansonsten gleichen Simulationsbedingungen deutlich reduziert worden, sodass die geänderte Zentrierungsgeometrie zu einer höheren Belastbarkeit der Rolle 6 führt.
Bezugszeichenliste
1 Wälzlager
2 Innenring
3 Innenlaufbahn
4 Außenring
5 Außenlaufbahn
6 Wälzkörper
7 Endfläche
8 Ausnehmung
9 Kreisringbereich
10 Kreisscheibenbereich
1 1 Zentrierspitze
12 Zentrierabschnitt
13 Krümmungsabschnitt
14 Endabschnitt
D Drehachse
t Tiefe
d Eingangsdurchmesser
r Spitzenradius
R Radius

Claims

Patentansprüche
1 . Rolle (6) für ein Wälzlager (1 ), wobei die Rolle (6) auf jeder Seite eine Endfläche (7) aufweist, wobei in der Endfläche (7) eine Ausnehmung (8) eingebracht ist, wobei die Rolle (6) eine Drehachse (D) definiert und wobei die Ausnehmung (8) in einem Längsschnitt entlang der Drehachse (D) eine Kontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) einen Zentrierabschnitt (12) zur Aufnahme einer Zentrierspitze (1 1 ) und einen daran anschließenden Krümmungsabschnitt (13) aufweist, wobei der Übergang zwischen dem Zentrierabschnitt (12) und dem Krümmungsabschnitt (13) differenzierbar und/oder tangential übergehend ausgebildet ist.
2. Rolle (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) die Form eines Rotationskörpers aufweist, welcher durch eine Rotation der Kontur um die Drehachse (D) gebildet ist, wobei die Kontur differenzierbar ausgebildet ist und/oder Übergänge von Teilabschnitten der Kontur tangential ineinander übergehen.
3. Rolle (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabschnitt (12) eine konstante Krümmung oder konstante Steigung und der Krümmungsabschnitt (13) eine konstante Krümmung aufweisen.
4. Rolle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsabschnitt (13) als ein Kugelsegment, als eine Kugelschicht oder als eine Torusschicht ausgebildet ist.
5. Rolle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierabschnitt (12) als ein Kegelstumpfsegment oder als eine Torusschicht ausgebildet ist.
6. Rolle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) einen Endabschnitt (14) aufweist, wobei sich der Endabschnitt (14) an dem Krümmungsabschnitt (13) anschließt und als ein Anbohrabschnitt und/oder als ein Kugelsegment ausgebildet ist.
7. Rolle (6) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Längsschnitt die Kontur des Krümmungsabschnitts (13) tangential in die Kontur des Endabschnitts (14) übergeht und/oder dass der Übergang differenzierbar ist.
8. Rolle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Rollenlänge und der Tiefe (t) der Ausnehmung zwischen 10 und 150, bevorzugt zwischen 13 und 100 und insbesondere zwischen 15 und 30 liegt.
9. Rolle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Rollendurchmesser und dem
Eingangsdurchmesser und/oder dem freien Durchmesser der Ausnehmung (8) an der Endfläche (7) zwischen 3 und 55, vorzugsweise zwischen 5,7 und 39,5 liegt.
10. Wälzlager (1 ) mit einer ersten Laufbahn (3) und mit einer zweiten Laufbahn (5) sowie mit einer Mehrzahl von Wälzkörper (6), wobei die Wälzkörper (6) zwischen der ersten (3) und der zweiten Laufbahn (5) abwälzend angeordnet sind und wobei die Wälzkörper als Rollen (6) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (6) gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind und dass die Ausnehmungen (8) in dem Wälzlager (1 ) unbesetzt und/oder unbenutzt und/oder leer und/oder eingriffsfrei sind.
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