Die Erfindung betrifft ein zwei Reihen tonnenförmiger Wälzkörper aufweisendes Pen- delrollenlager nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Tonnenrollenlager, welche verschiedene Käfigkonstruktionen zur Führung der Wälzkörper aufweisen, sind zum Beispiel aus den Dokumenten DE 10 2015 200 599 A1 , DE 10 2016 223 408 A1 und DE 10 2012 219 512 A1 bekannt.

Pendelrollenlager sind typischerweise zur Aufnahme hoher radialer sowie beidseitiger axialer Belastungen ausgelegt. Durch eine enge Schmiegung zwischen den tonnen- förmigen Rollen und den Laufbahnen eines Pendelrollenlagers ist eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Lager erzielbar. Beim Betrieb eines Pendelrollenlagers kann die Schränkung der Wälzkörper eine Rolle spielen. Die Schränkung hängt unter ande- rem von der Käfigkonstruktion sowie von der Geometrie und Oberflächenqualität der Wälzkörper und der Laufbahnen ab.

Bei einem in der US 5,586,826 A offenbarten Pendelrollenlager sollen Schrägstel- lungsmomente, die auf Wälzkörper wirken, durch ortsabhängige Reibungskräfte ge- zielt beeinflusst werden.

In der DE 23 34 394 C3 wird unter anderem auf die Schmiegung in Pendelrollenlagern eingegangen. Hierbei wird von einer kleinen Schmiegung gesprochen, wenn der Krümmungsradius der Wälzkörper klein ist, sodass die Wälzkörper im Wesentlichen nur in ihrem mittleren Bereich in Berührung mit der Laufbahn des Lagerrings sind. Diese in der DE 23 34 394 C3 zu findende Schmiegungs-Definition wird bei der vorlie- genden Patentanmeldung nicht verwendet. In der DE 29 12 544 A1 wird auf Schmiegungsverhältnisse in einem Pendelrollenlager eingegangen. Danach kann der Radius der Krümmung des Axialschnitt-Profils der Laufbahn eines Innenrings kleiner als der Radius der Krümmung des Axialschnitt- Profils der Außenringlaufbahn sein.

Geometrische Merkmale eines Rollenkörpers eines Pendelrollenlagers sind auch in der EP 2 461 056 A2 beschrieben. Erwähnt ist unter anderem ein sehr nah an Eins liegender, beispielsweise mehr als 0,98, insbesondere mehr als 0,99 betragender, Wert der Schmiegung am Außenring des Lagers.

Die EP 2 655 906 B1 offenbart ein Pendelrollenlager mit modifizierter sphärischer Ge- ometrie. Bei diesem Lager weisen die Wälzkörper einen variierenden Krümmungsra- dius in Längsrichtung der Mittelachse des Wälzkörpers auf.

Weitere Möglichkeiten der Profilierung tonnenförmiger Wälzkörper sind in den Doku- menten US 6,132,097 A, US 4,227,754 A und US 3,910,656 A offenbart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik wei- terentwickeltes Pendelrollenlager anzugeben, welches sich durch besonders günstige reibungs- und schmierungstechnische Eigenschaften auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Pendelrollenlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Pendelrollenlager umfasst einen inneren Lagerring, einen äußeren Lagerring, sowie zwei Reihen zwischen den Lagerringen abrollender, tonnenförmiger Wälzkörper. Erfindungsgemäß ist die Schmiegung der Wälzkörper am Innenring enger als am Außenring. Dabei beträgt die Schmiegung am Innenring min- destens 100,25 % und maximal 114,66 %. Am Außenring beträgt die Schmiegung mindestens das 1 ,001 -fache und maximal das 1 ,147-fache der Schmiegung am In- nenring. Die Schmiegung ist hierbei definiert als das Verhältnis zwischen dem Radius der Laufbahn des Lagerrings und dem Radius des Wälzkörpers, wobei dieser im selben Querschnitt wie die Laufbahn zu betrachten ist. Je näher der Wert der Schmiegung bei 1 beziehungsweise - in Prozent ausgedrückt - bei 100% ist, umso enger ist die Schmiegung. Die in Prozent ausgedrückte Schmiegung ist beim erfindungsgemäßen Pendelrollenlager somit am Innenring näher an 100% als am Außenring.

Die Rauheit der Laufbahnen des Außenrings des Pendelrollenlagers stimmt in einer möglichen Ausgestaltung mit der Rauheit der Laufbahnen des Innenrings überein. In alternativer Ausgestaltung ist der Mittenrauwert (Ra) der beiden Laufbahnen des Au- ßenrings geringer als der Mittenrauwert (Ra) der beiden Laufbahnen des Innenrings.

Was die Oberflächeneigenschaft„Schiefe“, das heißt den dimensionslosen Rsk-Wert, betrifft, weisen in bevorzugter Bauform sowohl die insgesamt vier Laufbahnen der La- gerringe als auch die diese Laufbahnen kontaktierenden Laufbahnen der tonnenför- migen Wälzkörper einen Rsk-Wert auf, der zwischen minus 0,01 und minus 4,0 liegt. In den Rsk-Wert geht die dritte Potenz des quadratischen Mittenrauwerts ein. Auf die Norm DIN EN ISO 4287 wird verwiesen.

Es hat sich gezeigt, dass sich das Pendelrollenlager durch eine besonders geringe Reibung und damit durch eine besonders geringe Wärmeentwicklung auszeichnet. Vorzugsweise beträgt der Mittenrauwert der beiden Lagerringe nicht mehr als 0,1 gm.

Der Innenring des Pendelrollenlagers ist in diversen möglichen Bauformen frei von jeglichen Borden für den Anlauf der Wälzkörper. Gemäß einer anderen Bauform weist der Innenring einen festen Mittelbord auf. Ebenso kann ein loser Mittelbord zum An- lauf der Wälzkörper vorgesehen sein.

Bei den Komponenten Innenring, Außenring und Wälzkörper handelt es sich vorzugs- weise um bainitisch gehärtete Lagerkomponenten. Die die Lagerringe kontaktierenden Laufbahnen der tonnenförmigen Wälzkörper beschreiben vorzugsweise ein logarith- misches Profil. Was einen logarithmisch profilierten Wälzkörper betrifft, wird beispiel- haft auf die DE 10 2010 053 140 A1 hingewiesen.

Das Pendelrollenlager ist typischerweise symmetrisch zu seiner Mittelebene aufge- baut. Ebenso sind asymetrische Gestaltungen des Pendelrollenlagers möglich. Die Asymmetrie kann sich hierbei auf die Länge der Wälzkörper und/oder auf die Druck- winkel beziehen.

Der Vorteil der Erfindung liegt besonders darin, dass die Schmiegung am Innenring, die Schmiegung am Außenring, sowie die Profilierung der Tonnenrollen derart aufei- nander abgestimmt sind, dass im Vergleich zu herkömmlichen Lagern sowohl die La- gerreibung verringert als auch die Lebensdauer erhöht ist. Insbesondere ist durch op- timale Schmiegungen und Rauhigkeiten die Gleitreibung an Kontakten innerhalb des Pendelrollenlagers reduziert sowie die oberflächennahe Beanspruchung der Wälzkon- takte verringert. Je nach Anwendung des Pendelrollenlagers können die genannten Parameter auf unterschiedliche, jeweils optimale Werte festgesetzt werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Pendelrollenlager in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 in einem Diagramm die im Pendelrollenlager nach Figur 1 sowie in ei- nem Referenzlager auftretende maximale spezifische Gleitreibung,

Fig. 3 in einem weiteren Diagramm Möglichkeiten der Modifikation von Para- metern eines Pendelrollenlagers. Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Pendelrollenlager umfasst zwei Lagerringe 2, 3, nämlich einen Innenring 2 und einen Außenring 3, welche je- weils ein- oder mehrteilig ausgeführt sein können. Zwischen den Lagerringen 2, 3 rol- len tonnenförmige Wälzkörper 4 in zwei Reihen 5, 6 ab. Die Wälzkörper 4 sind in ei- nem nicht dargestellten Käfig geführt. Sowohl bei den Lagerringen 2,3 als auch bei den Wälzkörpern 4 handelt es sich um bainitisch wärmebehandelte Lagerkomponen- ten.

Durch den Innenring 2 werden Laufbahnen 7, 8; durch den Außenring 3 Laufbahnen 9, 10 bereitgestellt. Unter Schmiegung wird das Verhältnis zwischen dem Radius der Laufbahn 7, 8, 9, 10 und dem im selben Längsschnitt zu betrachtenden Radius der Wälzkörper 4 verstanden. Beim Pendelrollenlager 1 ist die Schmiegung am Außen- ring 3 weiter als die Schmiegung am Innenring 2.

Die Schmiegung am Innenring 2 liegt bei beiden Wälzkörperreihen 5, 6 im Bereich von 100,25% bis 114,66%. Am Außenring 3 beträgt die Schmiegung mindestens das 1 ,001 -fache und maximal das 1 ,147-fache der Schmiegung am Innenring 2.

Der Mittenrauwert (Ra) der beiden Laufbahnen 9, 10 des Außenrings 3 ist ebenso wie der der Mittenrauwert (Ra) der beiden Laufbahnen 7, 8 des Innenrings 2 geringer als 0,1 pm. Gleiches gilt für die tonnenförmig gewölbten Laufbahnen sämtlicher Wälzkör- per 4. Diese Laufbahnen der Wälzkörper 4, welche die Lagerringe 2, 3 kontaktieren, beschreiben jeweils ein logarithmisches Profil.

Die als Rsk-Wert ausgedrückte Schiefe der Laufbahnen 7, 8, 9, 10 der Lagerringe 2, 3 beträgt ebenso wie der RsK-Wert der Laufbahnen der Wälzkörper 4 mindestens mi- nus 4,0 und maximal minus 0,01.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, befindet sich zwischen den Laufbahnen 7, 8 des Innen- rings 2 keinerlei Bord, an welchem die Wälzkörper 4 anlaufen könnten. Dies heißt, dass in diesem Ausführungsbeispiel weder der Innenring 2 selbst einen solchen Bord bereitstellt, noch ein gesonderter, loser Ring zwischen den Wälzkörperreihen 5, 6 vor- handen ist.

Der Innenring 2 umgibt eine Welle 11. Der Außenring 3 ist in eine nicht dargestellte Umgebungskonstruktion eingebaut. Die Mittelachse des Innenrings 2 ist mit Mi, die Mittelachse des Außenrings 3 mit M _a bezeichnet. Zwischen den Mittelachsen Mi, M _a kann ein Schrägstellungswinkel a von bis zu 2 Grad gegeben sein.

Reibungseigenschaften des Pendelrollenlagers 1 sind in Figur 2 aufgezeichnet. Das Pendelrollenlager 1 wurde hierbei bei einer Drehzahl von 500 Umdrehungen pro Minu- te und einer Radialkraft von 82 kN betrieben. Aufgezeichnet ist die maximale spezifi- sche Gleitreibung N_sl_max in Watt pro Quadratmillimeter in Abhängigkeit vom Ort, bezogen auf die mit X_c bezeichnete Mittelachse des Wälzkörpers 4. Der Wert X_c = 0 mm entspricht somit der durch den Wälzkörper 4 gelegten Mittelebene.

In dem Diagramm nach Figur 2 sind zwei Kennlinien KL1 und KL2 erkennbar. Die Kennlinie KL1 bezieht sich auf das Pendelrollenlager 1 nach Figur 1 , die Kennlinie KL2 auf ein nicht beanspruchtes Vergleichsbeispiel. Deutlich erkennbar ist die redu- zierte maximale spezifische Gleitreibung N_sl_max beim Pendelrollenlager 1 nach Fi- gur 1. Im Vergleich zur herkömmlichen, nicht beanspruchten Lösung wird eine Rei- bungsreduzierung bis über 20% erreicht. Die sowohl beim Vergleichsbeispiel als auch beim Pendelrollenlager 1 gegebene unsymmetrische Verteilung der maximalen spezi- fischen Gleitreibung N_sl_max um die Mittelebene des Wälzkörpers 4 resultiert aus der unsymmetrischen Verteilung der Schlupfgeschwindigkeit entlang der Rolle, der Oberflächenrauhigkeit sowie der durch Schmiegung beeinflussten Kontaktpressung.

In Figur 3 sind diverse mögliche, von der Lagerauslegung abhängige Zusammenhän- ge zwischen der Lebensdauer RL und dem Reibmoment FL veranschaulicht. Die ge- strichelte, diagonal verlaufende Linie markiert eine Lagerauslegung, bei welcher die mit S _V A bezeichnete Schmiegung am Außenring mit der Schmiegung S _vi am Innenring übereinstimmt. Oberhalb dieser Linie sind nicht beanspruchte Lagerauslegungen zu finden, das heißt Lagerauslegungen, bei welchen die Schmiegung S _V A am Außenring kleiner als die Schmiegung S _vi am Innenring ist. Beispielhaft ist in Figur 4 eine herkömmliche Lagerauslegung HL markiert. Um, aus- gehend von dieser Lagerauslegung, eine Verbesserung des Lagers zu erreichen, kann entweder eine Optimierung hinsichtlich der Lebensdauer RL oder hinsichtlich des Reibmoments FL vorgenommen werden, wie durch Pfeile in dem Diagramm an- gedeutet ist. Im Fall einer Optimierung des Reibmoments FL ist in dem skizzierten Fall eine Lagerauslegung L1 erreichbar. Soll die Lebensdauer RL gesteigert werden, so ist die Lagerauslegung L2 hierfür geeignet. Sowohl mit der Lagerauslegung L1 als auch mit der Lagerauslegung L2 ist ein Pendelrollenlager 1 bereitgestellt, in welchem die Merkmale des Patentanspruchs 1 realisiert sind.

Bezugszeichenliste

1 Pendelrollenlager

2 Innenring

3 Außenring

4 Wälzkörper

5 Reihe

6 Reihe

7 Laufbahn des Innenrings

8 Laufbahn des Innenrings

9 Laufbahn des Außenrings

10 Laufbahn des Außenrings

11 Welle a Schrägstellungswinkel

FL Reibmoment

HL herkömmliche Lagerauslegung

KL1 Kennlinie (Pendelrollenlager 1 )

KL2 Kennlinie (Vergleichsbeispiel)

L1 Lagerauslegung

L2 Lagerauslegung

Mi Mittelachse des Innenrings

M _a Mittelachse des Außenrings

N_sl_max maximale spezifische Gleitreibung RL Lebensdauer

S _V A Schmiegung am Außenring

S _vi Schmiegung am Innenring

X_c Wälzkörper-Mittelachse