DE102006050445A1

DE102006050445A1 - Wälzlagerkugel, Wälzlager und Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln

Info

Publication number: DE102006050445A1
Application number: DE102006050445A
Authority: DE
Inventors: Rainer Eidloth; Peter Schuster
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-04-30
Also published as: WO2008049411A1; US20090290825A1; WO2008049411A8; JP2010507758A; CN101568739A

Abstract

Um eine Wälzlagerkugel, ein Wälzlager und ein Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln bereitzustellen, die sich bzw. das sich durch eine kostengünstige und fertigungstechnisch einfache Oberflächenbehandlung bzw. Beschichtung der Wälzkörper auszeichnet, ist vorgesehen, dass die sphärische Wälzfläche (7) der Wälzlagerkugel, die betriebsgemäß auf einer Lauffläche eines Wälzlagers (1) abrollt, zumindest eine Abflachung (8) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kugellager, insbesondere für einen Einsatz in Trocken- oder Medienschmierung unter suboptimalen bis schiechten Schmierbedingungen.
Die Erfindung betrifft eine Wälzlagerkugel mit einer sphärischen Wälzfläche, die betriebsgemäß auf einer Lauffläche eines Wälzlagers abrollt. Die Erfindung betrifft ferner ein Wälzlager mit mehreren Wälzlagerkugeln und mit einem Wälzlagerring mit einer Lauffläche, auf der betriebsgemäß Wälzflächen der Wälzlagerkugeln abrollen. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln.
An Kugellager, insbesondere Hochleistungslager, werden unter zunehmendem Kostendruck immer höhere Anforderungen hinsichtlich der Lebensdauer und Verschleißfestigkeit gestellt. In diesem Zusammenhang sind aus der EP 0 807 761 B1 eine Wälzlagerkugel und ein Wälzlager der eingangs genannten Art bekannt, wobei die EP 0 807 761 B1 auf die Problematik gerichtet ist, dass mit zunehmender Laufdauer und in das Lager eindringenden Schmutzpartikeln leichte Eindellungen und Erhöhungen insbesondere auf der Laufbahn der Lagerringe entstehen können. Diese können zu erhöhten Lagergeräuschen und verkürzter Lebensdauer führen. Zur Lösung dieser Problematik wird vorgeschlagen, zumindest einen Wälzkörper mit einer gehärteten Oberflächenummantelung zu versehen, die härter und starrer ist als das Material der anderen Wälzkörper.
Zur Verbesserung der Lagereigenschaften sind Wälzlager mit verbesserter Feststoffschmierung bekannt ( DE 199 81 108 T1 ) oder spezielle, verschleißfeste beispielsweise durch Heißpressen gesinterte Wälzkörper vorgeschlagen worden ( EP 0 158 901 B1 ).
In der Praxis zeigt sich (vergleiche EP 0 691 483 B1 ), dass die Prüfung behandelter Wälzkörper vergleichsweise aufwändig ist, insbesondere wenn Wälzkörper mit einer sphärischen Oberfläche – d.h. Lagerkugeln – zum Einsatz kommen. Für die Behandlung derartiger Lagerkugeln beispielsweise mittels Beschichtung mit an sich bekannten Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise PVD, CVD, Spritzbeschichtungen oder PA-CVD sowie Lackierungen stellt sich das Problem, die vergleichsweise schwierig zu handhabenden Lagerkugeln zuverlässig und gleichmäßig zu behandeln. Mit dem Aufwand der Behandlung steigt naturgemäß auch der Herstellungsaufwand entsprechender Wälzlager und damit schließlich die Herstellungskosten.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Wälzlagerkugel, ein Wälzlager und ein Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln bereitzustellen, die sich bzw. das sich durch eine kostengünstige und fertigungstechnisch einfache Oberflächenbehandlung bzw. Beschichtung der Wälzkörper auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einer Wälzkugel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wälzlagerkugel zumindest eine Abflachung aufweist. An dieser Abflachung kann vergleichsweise einfach eine Aufnahme oder Haltevorrichtung zum Handling und zum fertigungsprozessbegleitenden Transport der Wälzlagerkugel angreifen. Dabei kann an der Wälzlagerkugel eine einzige Abflachung geschaffen sein bzw. durch Materialabtrag geschaffen werden, an der zuverlässig und ausreichend fest eine Haltevorrichtung angreifen kann.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht damit darin, dass sie die traditionelle, auf eine optimale Kugelform zielende Wälzkörpergestaltung verlässt und bewusst eine – jedoch tolerierbare und kleine – Unwucht und Reduzierung der für das lasttragende Abrollen zur Verfügung stehenden Oberfläche des Wälzkörpers in Kauf nimmt. Diese beeinflusst jedoch überraschender Weise die Laufeigenschaften des Wälzkörpers kaum, gestattet aber eine deutlich verbesserte Handhabung.
Eine besonders stabile, symmetrische und mit besonders geringen Abflachungsflächen auskommende vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wälzlagerkugel zwei diametral gegenüberliegende Abflachungen aufweist.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können in den Abflachungen – bevorzugt symmetrisch gegenüberliegende – Aufnahmevertiefungen vorgesehen sein.
In diese Aufnahmevertiefungen können entsprechende Elemente einer Haltevorrichtung eingreifen, so dass die Wälzlagerkugel besonders zuverlässig gehalten wird.
Ein erfindungsgemäßes Wälzlager sieht vorteilhafter Weise mehrere Wälzlagerkugeln vor, die jeweils zumindest eine Abflachung aufweisen, und weist mindestens einen Wälzlagerring mit einer Lauffläche auf, auf der betriebsgemäß die Wälzflächen der Wälzlagerkugeln abrollen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln sieht vor, dass die Wälzlagerkugel mit zumindest einer Abflachung versehen wird und dass die Wälzlagerkugel von der Haltevorrichtung an der Abflachung gehalten wird. Dabei kann die Haltevorrichtung bevorzugt in die bereits erwähnten Aufnahmevertiefungen eingreifen, die zuvor von der Abflachung ausgehend erzeugt wurden.
Alternativ oder zusätzlich kann nach einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Wälzlagerkugel durch Magnetkräfte von der Haltevorrichtung gehalten werden.
Weiter Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich auch oder ergänzend aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Wälzlager,
2 eine Wälzlagerkugel in einer ersten Haltevorrichtung,
3 eine Wälzlagerkugel in einer zweiten Haltevorrichtung,
4 eine Wälzlagerkugel in einer dritten Haltevorrichtung und
5 schematisch Vorgänge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln.
1 zeigt ein Wälzlager 1 mit einem äußeren Lagerring 2, einem inneren Lagerring 3 sowie einem zwischen den Lagerringen angeordneten Käfig 4, in dem eine Vielzahl von Lagerkugeln 5 durch Abstandselemente 6 beabstandet gehalten sind. Wie schematisch an der oberen Kugel 5 erkennbar, weist deren Kugeloberfläche 7 eine Abflachung 8 auf.
In 2 ist isoliert eine einzige Wälzlagerkugel 5 während der Herstellung gezeigt. Die Kugel 5 weist eine Hauptsymmetrieachse 10 auf, an deren jeweiligen Ende und damit diametral gegenüberliegend Abflachungen 12, 14 in der Kugeloberfläche 15 vorgesehen sind. Die Abflachungen 12, 14 sind dabei nur aus Gründen der Verdeutlichung in ihren Abmessungen stark übertrieben dargestellt. Man erkennt, dass die Abflachungen im Wesentlichen eben sind und Ansatzflächen (erkennbar ist nur die Ansatzfläche 16) für Kegelspitzen 18, 19 einer nicht näher gezeigten Haltevorrichtung bereitstellt. Die Kegelspitzen 18, 19 pressen auf die Ansatzflächen 16, 17, zentrieren und halten damit die Kugel 5 in einer zur weiteren Oberflächenbearbeitung geeigneten Position.
3 zeigt eine alternative Haltevorrichtung, bei der eine Wälzlagerkugel 20 ebenfalls Abflachungen 21, 22 aufweist. Aus Symmetriegründen kann es zweckmäßig sein, zwei Abflachungen 21, 22 vorzusehen, obwohl für die Haltevorrichtung 25 eine einzige Abflachung ausreichend wäre. Nach 3 besteht die Haltevorrichtung nämlich aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Haltekörper 26, der die – zumindest teilweise – aus magnetischem Material bestehende Kugel 20 fixiert. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine noch einfachere Fixierung der Kugel 20, auch wenn dadurch ein größerer Bereich der Abflachung 21 verdeckt ist. Da dieser Bereich aber zur aktiven Lastübertragung im Betrieb des Wälzlagers nicht druckbeansprucht ist, kann für gewisse Anwendungsfälle eine im Bereich der Abflachung 21 nicht vollständige Oberflächenbehandlung in Kauf genommen werden.
4 zeigt eine Alternative, bei der eine Wälzlagerkugel 30 wiederum zwischen zwei Kegeln 31, 32 gehalten ist. Diese können als Kegelstumpf ausgebildet sein und damit flächig auf einer Abflachung 34, 35 auf der Kugeloberfläche 36 aufliegen oder aber mit ihrer Spitze in Vertiefungen oder Ausnehmungen 38, 39 eindringen und dadurch einen besonders festen Halt der Kugel 30 gewährleisten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird – wie 5 schematisch illustriert – eine Wälzlagerkugel 50 an ihren in der Ausrichtung nach 5 im Bereich ihrer Pole erzeugten Abflachungen 51, 52 auf der Kugeloberfläche 53 durch Werkzeugspitzen 55, 56 einer Haltevorrichtung 57 gehalten. Die Kugel 50 kann, wie durch den Pfeil 58 angedeutet, in Rotation versetzt werden, sodass von einer Beschichtungseinrichtung 60 ausgebrachtes Beschichtungsmaterial 61 gleichmäßig auf der Kugeloberfläche 53 verteilt wird. Auch hier können die Werkzeugspitzen 55, 56 in in der 5 nicht explizit dargestellte Aufnahmevertiefungen eingreifen. Alternativ können die Werkzeugspitzen 55, 56 auch als Kegelstumpf ausgebildet sein, so dass sie mit der oberen Kegelstumpffläche auf der jeweiligen Abflachung aufsetzen.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Wälzlagerkugeln bzw. mit dem erfindungsgemäßen Wälzlager und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln ist mit äußerst einfachen Mitteln eine verblüffend effektive Möglichkeit geschaffen, die Wälzlagerkugel im Fertigungsprozess zeitsparend und damit kostengünstig zu behandeln, was sich auf die Gesamtkosten des Wälzlagers positiv auswirkt. Die Handhabung und die Halterung bzw. Fixierung der Wälzlagerkugel im Fertigungsprozess ist durch deren Formgebung besonders einfach automatisierbar.

1: Wälzlager
2: äußerer Lagerring
3: innerer Lagerring
4: Käfig
5: Lagerkugel
6: Abstandselement
7: Kugeloberfläche
8: Abflachung
10: Hauptsymmetrieachse
12, 14: Abflachungen
15: Kugeloberfläche
16, 17: Ansatzflächen
18, 19: Kegelspitzen
20: Wälzlagerkugel
21, 22: Abflachungen
25: Haltevorrichtung
26: magnetischer o. magnetisierbarer Haltekörper
30: Wälzlagerkugel
31, 32: Kegel
34, 35: Abflachungen
36: Kugeloberfläche
38, 39: Vertiefungen o. Ausnehmungen
50: Wälzlagerkugel
51, 52: Abflachungen
53: Kugeloberfläche
55, 56: Werkzeugspitzen
57: Haltevorrichtung
58: Pfeil
60: Beschichtungseinrichtung
61: Beschichtungsmaterial

Claims

Wälzlagerkugel (5) mit einer sphärischen Wälzfläche (7), die betriebsgemäß auf einer Lauffläche eines Wälzlagers (1) abrollt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerkugel (5) zumindest eine Abflachung (8) aufweist.
Wälzlagerkugel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerkugel (5) zwei diametral gegenüberliegende Abflachungen (12, 14) aufweist.
Wälzlagerkugel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflachungen (34, 35) Aufnahmevertiefungen (38, 39) aufweisen.
Wälzlager (1) mit mehreren Wälzlagerkugeln (5) und mit mindestens einem Wälzlagerring (2) mit einer Lauffläche, auf der betriebsgemäß Wälzflächen (7) der Wälzlagerkugeln (5) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzlagerkugeln (5) jeweils zumindest eine Abflachung (8) aufweisen.
Verfahren zum Behandeln von Wälzlagerkugeln, insbesondere von Wälzlagerkugel (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Wälzlagerkugel (50) mit zumindest einer Abflachung (51, 52) versehen wird und die Wälzlagerkugel (5) von der Haltevorrichtung (57) an der Abflachung (51, 52) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Wälzlagerkugel (30) durch Eingriff der Haltevorrichtung in Aufnahmevertiefungen (38, 39) gehalten wird, die zuvor von der jeweiligen Abflachung (34, 35) ausgehend erzeugt wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die Wälzlagerkugel (20) durch Magnetkräfte von der Haltevorrichtung (25) gehalten wird.