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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen für ein Wälzlager, nämlich Zylinderrollenlager, geeigneten Wälzkörper. Ferner betrifft die Erfindung ein Zylinderrollenlager, in welchem Wälzkörper spielfrei geführt sind.
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Hintergrund der Erfindung
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In einem als Radiallager ausgebildeten Zylinderrollenlager sind die Wälzkörper, das heißt Zylinderrollen, typischerweise mit Spiel zwischen den Lagerringen angeordnet. Dies hat zur Folge, dass sich die Zylinderrollen außerhalb der Lastzone nicht mit kinematischer Drehzahl bewegen. Bei sehr geringer Last können sogar innerhalb der Lastzone Bewegungszustände der Wälzkörper auftreten, die nicht der kinematisch idealen Bewegung entsprechen.
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Um bei einem Zylinderrollenlager mit Wälzkörperkäfig bei jeglichen Lastzuständen die Rotation des Wälzkörperkäfigs mit kinematisch richtiger Drehzahl zu erzwingen, ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 055 027 A1 die Verwendung von Hohlrollen bekannt. Hierbei sind einige Wälzkörper des Lagers durch Hohlrollen ersetzt, welche im unbelasteten Zustand einen geringfügig größeren Durchmesser als die übrigen, massiven Zylinderrollen aufweisen. Durch die mit Vorspannung im Lager befindlichen Hohlrollen wird zwar der Käfig selbst bei geringsten Lasten mitgenommen, jedoch nicht gleichzeitig eine kinematisch ideale Bewegung der übrigen Wälzkörper erzwungen. Im Übrigen ist die Belastbarkeit des Wälzlagers durch die verwendeten Hohlrollen im Vergleich zu einem Zylinderrollenlager, welches ausschließlich massive Rollen aufweist, herabgesetzt.
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Eine Hohlrolle mit höherer radialer Belastbarkeit ist aus der
DE 10 2007 062 391 A1 bekannt. Hierbei ist innerhalb der eigentlichen Hohlrolle ein Überlastkörper angeordnet, welcher dafür sorgen soll, dass die Materialbeanspruchung der Hohlrolle in einem zulässigen Rahmen bleibt.
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Weitere Bauformen von Wälzkörpern, welche Hohlräume aufweisen, sind zum Beispiel aus der
DE 2 155 290 A sowie aus der
US 2,947,581 A bekannt. In beiden Fällen sind in die Stirnseiten von Rollen Ausnehmungen eingebracht, welche an diesen Stellen eine erhöhte Elastizität herstellen sollen. Im Fall der
US 2,947,581 A können auch die Lagerringe im Bereich der Stirnseiten der Wälzkörper gezielt geschwächt sein. Ein gegensätzlicher Ansatz wird in der
DE 32 25 979 C2 vorgeschlagen: Ein Laufring eines Rollenlagers weist in seinem axial mittleren Bereich eine Ringnut auf, die für eine elastische Nachgiebigkeit der Laufbahn sorgen soll.
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Zylinderrollenlager mit zusätzlichen elastischen Elementen zur Herstellung der Spielfreiheit sind zum Beispiel aus der
DE 1 955 238 U sowie aus der
DE 10 2006 042 676 A1 bekannt. Elastische Elemente können demnach am Wälzkörper oder an einem Lagerring angebracht sein.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzkörper für ein Zylinderrollenlager sowie ein Zylinderrollenlager anzugeben, welcher beziehungsweise welches sich durch ein kinematisch besonders günstiges Verhalten unter untschiedlichsten Lastzuständen und gleichzeitig durch eine hohe Belastbarkeit auszeichnet.
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Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein eine Anzahl solcher Wälzkörper aufweisendes Zylinderrollenlager nach Anspruch 4. Das Zylinderrollenlager ist vorzugsweise als Radiallager ausgebildet; es kann sich jedoch auch um ein Schrägrollenlager handeln.
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Der Wälzkörper weist eine annähernd, jedoch nicht vollständig zylindrische Außenoberfläche auf, sodass es sich um eine modifizierte Zylinderrolle handelt. Erfindungsgemäß ist die im Wesentlichen zylindrische Wälzkontaktfläche nahe der beiden Stirnseiten des Wälzkörpers aufgeweitet und elastisch nachgiebig, wobei sich an den Stirnseiten, radial innerhalb der Aufweitungen der Wälzkontaktfläche, Ausnehmungen befinden. Die Angabe „radial” bezieht sich auf die Mittelachse des Wälzkörpers.
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Die Durchmesservergrößerung des Wälzkörpers durch die Aufweitungen ist derart bemessen, dass die Spielfreiheit des Zylinderrollenlagers hergestellt ist. Vorzugsweise ist jeder Wälzkörper des Zylinderrollenlagers gemäß der Erfindung ausgebildet. Im Unterschied zu Zylinderrollenlagern, bei denen lediglich ein Teil der Wälzkörper durch Hohlrollen ersetzt ist, ist damit sichergestellt, dass sich jeder Wälzkörper mit kinematischer Drehzahl bewegt. Gleichzeitig ist dadurch, dass die Wälzkörper lediglich im Bereich ihrer Stirnseiten etwas nachgiebig gestaltet, ansonsten jedoch massiv ausgebildet sind, die Tragfähigkeit des Zylinderrollenlagers im Vergleich zu einem herkömmlichen, gleich dimensionierten Zylinderrollenlager mit ausschließlich massiven Rollen nicht wesentlich verändert.
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In bevorzugter Ausgestaltung weist der Wälzkörper über eine Breite von mindestens 75% seiner Gesamtbreite keinen vergrößerten Durchmesser auf. Lediglich in den beiden maximal jeweils 12,5% der Gesamtbreite einnehmenden Randbereichen ist die Mantelfläche des Wälzkörpers, das heißt die Wälzkontaktfläche, aufgeweitet, wobei der maximale, aufgeweitete Durchmesser vorzugsweise höchstens 1%, insbesondere höchstens 0,2%, mehr als der Durchmesser im nicht aufgeweiteten mittleren Bereich beträgt. In den unmittelbar an die Stirnseiten grenzenden Bereichen der Wälzkontaktfläche kann eine Kantenabrundung, also eine Durchmesserverringerung gegeben sein, wie sie prinzipiell von herkömmlichen Zylinderrollen bekannt ist. Die Aufweitungen sind somit jeweils als Wulst auf der Wälzkontaktfläche ausgebildet, wobei eine kreisförmige Umfangslinie, die sich im Bereich des maximalen Durchmessers der Aufweitung befindet, von der Ebene, in welcher die Stirnfläche des Wälzkörpers liegt, vorzugsweise mindestens 3% und höchstens 8% der Wälzkörperbreite entfernt ist.
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Die Ausnehmungen an den Stirnseiten der Wälzkörper sind gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform als ringförmige Nuten gestaltet. Der radial innerhalb der Nut angeordnete, zentrale Bereich der Stirnfläche befindet sich hierbei vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene mit dem ringförmigen, radial außerhalb der Nut liegenden Bereich der Stirnfläche, in welchem eine Einfederung vorgesehen ist. Die in Axialrichtung des Wälzkörpers gemessene Tiefe der ringförmigen Nut beträgt vorzugsweise mindestens 100% und höchstens 200% der in derselben Richtung gemessenen Breite der Aufweitung der Wälzkontaktfläche. Im Vergleich zu den Abmessungen des gesamten Wälzkörpers gilt vorzugsweise folgende Relation: Die in Axialrichtung des Wälzkörpers gemessene Tiefe der ringförmigen Nut beträgt mindestens 4% und höchstens 15% der in derselben Richtung gemessenen Breite des Wälzkörpers.
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Gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform ist die stirnseitige Ausnehmung des Wälzkörpers als scheibenförmige Vertiefung gestaltet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist diese Vertiefung einen Hinterschnitt auf. Der maximale Innendurchmesser der Vertiefung befindet sich damit in einem von der Stirnseite des Wälzkörpers beabstandeten Bereich. Dies hat den Vorteil, dass die an der Stirnseite verbleibende, ringförmige Stirnfläche des Wälzkörpers breiter ist als eine innerhalb des Wälzkörpers liegende Querschnittsfläche. Damit wird im Vergleich zu einer Vertiefung konstanten Durchmessers oder einer sich konisch verjüngenden Vertiefung zum Einen ein leichteres Einfedern der Wälzkontaktfläche ermöglicht, zum Anderen aber eine relativ breite Stirnfläche des Wälzkörpers bereit gestellt, welche für einen Rolle-Bord-Kontakt zur Verfügung steht. Der maximale Durchmesser der Vertiefung liegt vorzugsweise in einer Ebene, welche von der Stirnseite des Wälzkörpers mindestens 4% und maximal 12% der Wälzkörperbreite entfernt liegt.
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In beiden Ausführungsformen wird die kinematische Wälzkörperdrehzahl auch außerhalb der Hauptlastzone des Zylinderrollenlagers durch Beaufschlagung der Wälzkörper mit definierten geringen Vorlasten aufrechterhalten. Der durch die Aufweitung profilierte Wälzkörperdurchmesser ist in den Randbereichen des Wälzkörpers um etwas mehr als das Lagerbetriebsspiel größer als in der Wälzkörpermitte. Damit wird das Lagerspiel in jeder Wälzkörperposition überbrückt. Durch die mögliche Einfederung des Randprofils ist sichergestellt, dass keine unzulässigen Pressungsüberhöhungen auftreten. Insgesamt trägt die erfindungsgemäße Profilierung des Wälzkörpers sowohl zur Reduzierung von Reibung, als auch zur Vermeidung von Schlupfschäden bei. Ein besonderer Vorteil liegt in der Tatsache, dass sich der Wälzkörper für Zylinderrollenlager herkömmlicher Bauart eignet, das heißt keine Umkonstruktion des gesamten Zylinderrollenlagers notwendig ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 Ein erstes Ausführungsbeispiel eines als modifizierte Zylinderrolle gestalteten Wälzkörpers,
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2 den Belastungszustand des Wälzkörpers nach 1 bei geringer Radiallast,
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3 den Belastungszustand des Wälzkörpers nach 1 bei hoher Radiallast,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines als modifizierte Zylinderrolle gestalteten Wälzkörpers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Wälzkörper 1, welcher als modifizierte Zylinderrolle bezeichnet wird. Der Wälzkörper 1 ist für die Verwendung in herkömmlichen Zylinderrollenlagern geeignet, hinsichtlich der in prinzipieller Konstruktion und Funktion auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen wird. Vereinfachend wird der Wälzkörper 1 im Folgenden auch als Zylinderrolle bezeichnet.
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Der Wälzkörper 1 weist eine im Wesentlichen zylindrische Wälzkontaktfläche 2 und zwei Stirnseiten 3, 4 auf. Die zylindrische Wälzkontaktfläche 2 ist in ihren Randbereichen, nahe der Stirnseiten 3, 4 aufgeweitet, wobei die entsprechenden Aufweitungen 5, 6 in 1 überhöht dargestellt sind. In die Stirnseiten 3, 4 sind ringförmige Nuten 7, 8 eingearbeitet, die für eine elastische Nachgiebigkeit der Aufweitungen 5, 6 sorgen.
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Der Belastungszustand des Wälzkörpers 1 in einem nicht weiter dargestellten Zylinderrollenlager bei geringer Last ist in 2 veranschaulicht. Während auf den mittleren, zylindrischen Bereich der Wälzkontaktfläche 2 keine Last einwirkt, sind die beiden Aufweitungen 5, 6 in radialer Richtung leicht belastet und sorgen hierbei für die Spielfreiheit des Zylinderrollenlagers.
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Im Unterschied zu 2 ist in 3 eine starke radiale Belastung des Wälzkörpers 1 veranschaulicht. Die Lastverteilung über die Breite des Wälzkörpers 1 entspricht hierbei weitestgehend der Lastverteilung bei einer herkömmlichen, massiven Zylinderrolle unter der entsprechenden Belastung. Insbesondere ist keine lokale Erhöhung der Belastung im Bereich der Aufweitungen 5, 6 erkennbar.
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Die Gestaltung der Wälzkontaktfläche 2 beim Ausführungsbeispiel nach 4 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 1. Die Aufweitungen 5, 6 sind jedoch in 4 nicht überhöht dargestellt.
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Die Ausnehmungen an den Stirnseiten 3, 4 sind im Ausführungsbeispiel nach 4 als scheibenförmige Vertiefungen 9, 10 gestaltet. Jede Vertiefung 9, 10 weitet sich nach innen auf. Unmittelbar anschließend an die Stirnseite 3, 4 weist die Vertiefung 9, 10 eine zylindrische Innenwandung 11, 12 auf. An diese Innenwandung 11, 12 schließt sich in Richtung zum zentralen, massiven Bereich des Wälzkörpers 1 eine ballige Innenwandung 13, 14 der Vertiefung 9, 10 an, welche einen maximalen Durchmesser hat, der gegenüber der zylindrischen Innenwandung 11, 12 deutlich vergrößert ist. Die verbleibende Wandstärke des Wälzkörpers 1 ist dementsprechend im Bereich der von den Stirnseiten 3, 4 beabstandeten zylindrischen Innenwandungen 13, 14 am geringsten. Die Profilierung der zylindrischen Innenwandungen 13, 14 weist ist im Querschnitt nach 4 eine kreisbogenförmige Kontur auf, was sowohl fertigungstechnisch, als auch hinsichtlich der federnden Eigenschaften der stirnseitigen Randbereiche der modifizierten Zylinderrolle 1 von Vorteil ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzkörper
- 2
- Wälzkontaktfläche
- 3
- Stirnseite
- 4
- Stirnseite
- 5
- Aufweitung
- 6
- Aufweitung
- 7
- Nut
- 8
- Nut
- 9
- Vertiefung
- 10
- Vertiefung
- 11
- zylindrische Innenwandung
- 12
- zylindrische Innenwandung
- 13
- ballige Innenwandung
- 14
- ballige Innenwandung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055027 A1 [0003]
- DE 102007062391 A1 [0004]
- DE 2155290 A [0005]
- US 2947581 A [0005, 0005]
- DE 3225979 C2 [0005]
- DE 1955238 U [0006]
- DE 102006042676 A1 [0006]
