DE102010050600A1

DE102010050600A1 - Laufring, Verfahren zur Herstellung eines Laufrings sowie Lageranordnung

Info

Publication number: DE102010050600A1
Application number: DE102010050600A
Authority: DE
Inventors: Peter Meier; Ernst Strian; Sven Claus; Dr. Müller Claus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laufring (1) zur Ausbildung eines radial und/oder axial belastbaren Großlagers. Erfindungsgemäß besteht der Laufring (1) aus wenigstens zwei Segmenten (2), die miteinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laufrings (1), einen bei der Herstellung eines solchen Laufrings (1) einsetzbaren Dorn (3) sowie eine Lageranordnung mit einem solchen Laufring (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Laufring zur Ausbildung eines radial und/oder axial belastbaren Großlagers entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laufrings, einen bei der Herstellung einsetzbaren Dorn sowie eine Lageranordnung mit einem solchen Laufring.
Hintergrund der Erfindung
Unter einem Großlager wird vorliegend eine Lageranordnung, insbesondere ein Wälzlager, mit einem Durchmesser ab 300 mm verstanden. Das heißt, dass in Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzbereich ein solches Lager auch einen Durchmesser von mehreren Metern aufweisen kann. Derartige Großlager finden beispielsweise im Bereich der Chemie- und Energietechnik, insbesondere im Bereich der Gewinnung fossiler Brennstoffe oder in Meeresströmungs-, Wellen-, Wind- oder Gezeitenkraftwerken, Einsatz. Ein solches Lager muss demnach einer Vielzahl an Anforderungen gerecht werden. Für den Einsatz in Süß- oder Salzwasser muss das Lager beispielsweise korrosionsbeständig sein. In Abhängigkeit vom jeweiligen Einsatzbereich kann auch eine Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren, Laugen oder Reinigungschemikalien gefordert sein. Im Bereich von chemischen Anlagen kann ferner eine Eignung zur Medienschmierung, vor allem durch aggressive und/oder korrosive Medien, gefordert sein. Bei Einsatz des Lagers in einer feucht/nassen Atmosphäre sollte das Lager zudem beständig gegenüber organischem Bewuchs sein (Fouling-Resis-tenz).
Um einzelnen oder mehreren der vorstehend genannten Anforderungen zu genügen, werden die Lagerelemente einer Lageranordnung oftmals mit einer Beschichtung oder einem Anstrich versehen. Derartige Beschichtungen oder Anstriche sind in der Regel jedoch nur bedingt überrollfähig, so dass im Bereich von Lagerflächen, die als Laufbahnen für die Wälzkörper dienen, die Gefahr von Rissen und Abplatzungen gegeben ist. Ein dauerhafter Schutz des Lagers ist damit nicht mehr gewährleistet. Ferner können die meisten Beschichtungsverfahren aufgrund der begrenzten Größe der jeweiligen Beschichtungsanlagen nur für Wälzlager bis zu einem bestimmten Durchmesser eingesetzt werden. Dies gilt beispielsweise für Anlagen zur Beschichtung mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung (PVD bzw. CVD). Im Hinblick auf galvanische Beschichtungen steigt der anlagentechnische Aufwand ab bestimmten Lagergrößen unverhältnismäßig stark an.
Ferner sind korrosionsbeständige, hochlegierte Stähle als Lagerwerkstoff bekannt, die unbeschichtet zum Einsatz gelangen können. Allerdings weisen auch Lager aus korrosionsbeständigen, hochlegierten Stählen eine oftmals unzureichende Überrollfestigkeit und eine hohe Verschleißrate auf. Zudem sind diese Stähle sehr teuer. Letzteres gilt auch für Keramik als Lagerwerkstoff, wobei Keramik ferner den Nachteil aufweist, dass sie in der Regel nur für Lagerdurchmesser deutlich unter 300 mm einsetzbar ist.
Zur Ausbildung von Großwälzlagern sind darüber hinaus Drahtwälzlager mit in den Lagerringen eingesetzten Laufringen bzw. Laufdrähten als Laufbahn für die Wälzkörper bekannt. Die Lagerringe selbst werden somit keiner unmittelbaren Beanspruchung durch die abrollenden Wälzkörper ausgesetzt. Entsprechend geringere Anforderungen hat der Werkstoff zur Ausbildung der Lagerringe zu erfüllen.
Ein Drahtwälzlager der vorstehend genannten Art geht beispielsweise aus der DE 10 2009 012 258 A1 hervor. Es umfasst wenigstens zwei relativ zueinander drehbare Lagerringe, einen oder mehrere Laufringe sowie mehrere in einem Käfig aufgenommene Wälzkörper, die auf dem oder den Laufringen abwälzen.
Um ein hinreichend korrosionsbeständiges und gleichzeitig hoch belastbares Drahtwälzlager zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Lagerringe aus einem korrosionsbeständigen höher legierten austenitischen A5-Stahl oder einem mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Wälzlagerstahl und die Laufringe aus einem korrosionsbeständigen stickstofflegierten austenitischen Stahl oder einem korrosionsbeständigen aufgestickten martensitischen FeCr-Stahl bestehen, während die Wälzkörper aus Keramik und der Käfig aus einer Nichteisenlegierung oder einem Kunststoff gefertigt sind.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung eines Großwälzlagers zu vereinfachen, das zudem für den Einsatz unter extremen Umgebungsbedingungen geeignet ist. Insbesondere soll das Großlager hohen Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, Fouling-Resistenz, Eignung zur Medienschmierung, Trockenlaufeignung, Stromisolation und/oder Wartungsfreundlichkeit genügen.
Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Laufring mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laufrings mit den Merkmalen des Anspruchs 4, ein Dorn mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 vorgeschlagen.
Bevorzugte Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Es wird ein Laufring zur Ausbildung eines radial und/oder axial belastbaren Großlagers vorgeschlagen, der erfindungsgemäß aus wenigstens zwei Segmenten besteht, die miteinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind. Die Anzahl und Größe der Segmente ist auf den jeweiligen Einzelfall, insbesondere auf die angestrebte Gesamtlagergröße und die an das Lager bestehenden Anforderungen abgestimmt. Beispielsweise kann die Größe der einzelnen Segmente derart gewählt werden, dass der anlagentechnische Aufwand zur Ausbildung einer Beschichtung auf ein vertretbares Maß reduziert wird. Zur Beschichtung einzelner Segmente kommen wiederum Verfahren in Frage, die bei einer einteiligen Ausbildung des Laufrings größenbedingt auszuschließen gewesen wären. Zudem werden Transport und Montage des Laufrings durch die mehrteilige Ausbildung vereinfacht, da die einzelnen Segmente leichter zu handhaben sind. Dies kommt vor allem bei einer Montage des Laufrings an schwer zugänglicher Stelle, wie beispielsweise beim Offshore-Einsatz der Fall, zum Tragen.
Vorzugsweise ist die Verbindung der Segmente lösbar ausgebildet, um bei Bedarf in einfacher Weise den Austausch einzelner Segmente zu ermöglichen. Auf diese Weise kann ein wartungsfreundliches und kostengünstig zu reparierendes Großwälzlager geschaffen werden, das insbesondere für extreme Einsatzbereiche geeignet ist.
Bevorzugt ist der Laufring im Querschnitt kreisförmig, rechteckig oder profiliert ausgebildet. Die Querschnittsform des Laufrings ist weiterhin bevorzugt in Abhängigkeit von der konkreten Ausführung der Lageranordnung gewählt, in welcher der Laufring eingesetzt werden soll.
Vorteilhafterweise besteht der Laufring aus einem korrosionsbeständigen, hoch belastbaren Funktionswerkstoff, um auch für extreme Einsatzbereiche geeignet zu sein. Insbesondere sollte der Werkstoff überrollfähig und verschleißfest sein. Weitere Kriterien für die Auswahl des Werkstoffs können je nach Einsatzbereich Anforderungen hinsichtlich der chemischen Beständigkeit, Isolationswirkung und/oder Trockenlaufeignung sein. Für Anwendungen in Meerwasser sollte sich der Werkstoff zudem beständig gegen Anhaften und Anwachsen von Mikroorganismen erweisen. Geeignete Werkstoffe können beispielsweise martensitisch härtende Stähle sein, die aufgrund ihres Chromgehalts (wenigstens 13%) eine hohe Korrosionsbeständigkeit und aufgrund ihres Kohlenstoffgehalts (wenigstens 0,2%) eine für die Wälzbeanspruchung ausreichend hohe Härte besitzen. Weiterhin können Duplexstähle und austenitische Werkstoffe verwendet werden, die auch aus dem Schiffsbau bekannt sind. Eine zusätzliche Festigkeitssteigerung kann durch Kaltverformung bzw. Kaltverfestigung, beispielsweise durch Ziehen oder Rollieren, erzielt werden. Im Idealfall können somit Härten von über 58 HRC erreicht werden. In Betracht kommen auch pulvermetallurgisch erzeugte Legierungen, überrollfeste Bronzen, Hartbronzen und Bronzelegierungen, jeweils mit oder ohne enthaltenen Hartstoffpartikeln, hochfeste Aluminiumlegierungen, kaltverfestigende korrosionsbeständige Nickelbasis- oder Titanlegierungen. Für Anwendungen mit geringer Flächenpressung ist zudem die Verwendung von Hochleistungspolymeren möglich, die ggf. faser- oder partikelverstärkt sind (Composites). Alternativ oder ergänzend kann der Laufring eine korrosionsbeständige überrollfähige Beschichtung besitzen. Aufgrund der Segmentierung des Laufrings besteht im Hinblick auf das anzuwendende Beschichtungsverfahren keine Beschränkung.
Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Laufrings vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird ein biegsames endlos gezogenes Halbzeug um einen ein- oder mehrteilig ausgeführten Dorn gewickelt und anschließend segmentiert. Dabei wird vorzugsweise ein Dorn eingesetzt, der in Umfangsrichtung wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Radien besitzt. Der Radius wenigstens eines Abschnitts ist auf den Durchmesser des späteren Laufrings abgestimmt, wobei eine gewisse Rückfederung des Laufringwerkstoffs Berücksichtigung findet. An diesen Abschnitt können sich Abschnitte mit deutlich geringeren Radien anschließen, die wiederum einen Abschnitt mit größerem Radius entsprechend dem ersten Abschnitt einfassen. Der Dorn kann somit eine flache elliptische oder linsenartige Form aufweisen. Beim Segmentieren werden die Bereiche, welche um die Abschnitte mit deutlich geringerem Radius gelegt wurden, herausgeschnitten, so dass gleichmäßig gebogene Segmente entstehen. Auf diese Weise können unter Zuhilfenahme relativ kleiner Dorne Segmente für Laufringe mit sehr großen Durchmessern hergestellt werden. Beispielsweise können mit einem Dorn, dessen maximale Abmessung 1000 mm beträgt, Laufringsegmente für ein Drahtwälzlager mit einem Durchmesser von 10000 mm gefertigt werden. Da der anlagentechnische Aufwand für das Biegen von Laufringen ab einem Lagerdurchmesser von etwa 2000 mm unverhältnismäßig groß oder ggf. nicht mehr realisierbar ist, eignet sich das angegebene Verfahren insbesondere zur Herstellung von Laufringen für Drahtwälzlager ab einer entsprechenden Größe.
Zur Erhöhung der Festigkeit des Laufrings wird des Weiteren vorgeschlagen, dass das zur Herstellung des Laufrings eingesetzte Halbzeug einer Kaltumformung bzw. Kaltverfestigung, beispielsweise durch Ziehen oder Rollieren, unterzogen wird. Vorteilhafterweise werden dabei Werkstoffhärten von mehr als 58 HRC erreicht.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ferner ein Dorn zum Biegen eines Laufrings oder Laufringsegments vorgeschlagen, welcher ein- oder mehrteilig ausgebildet ist und in Umfangsrichtung wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Radien besitzt. Durch die mehrteilige Ausführung des Dorns können die Abmessungen desselben bzw. seiner Teile reduziert und der anlagentechnische Aufwand weiter gesenkt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die mehreren Teile ein Aufweiten des Dorns ermöglichen, um einen die Formgebung unterstützenden oder die Formgebung bewirkenden Druck auf das aufgewickelte Material auszuüben.
Schließlich wird zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe eine Lageranordnung zur Ausbildung eines radial und/oder axial belastbaren Großlagers mit mehreren erfindungsgemäßen Laufringen und wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Lagerringen zur Aufnahme der Laufringe sowie mehreren in einem Käfig geführten Wälzkörpern vorgeschlagen, die auf den Laufringen abwälzen. Jeder Lagerring besteht dabei aus wenigstens zwei Segmenten, die miteinander und/oder mit einem Laufring kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind. Durch die Segmentierung in Umfangsrichtung entstehen Ringelemente, die sich über einen bestimmten Winkelbereich erstrecken. Dabei kann der Winkelbereich der einzelnen Segmente gleich oder unterschiedlich gewählt sein. Der Winkelbereich muss zudem nicht dem Winkelbereich der mit den Lagerringen verbundenen Laufringsegmente entsprechen.
Im Unterschied zu den Laufringen sind die Lagerringe keiner unmittelbaren Beanspruchung durch die Wälzkörper ausgesetzt. Als Werkstoff kann daher ein weniger verschleißfester und dementsprechend kostengünstigerer Werkstoff gewählt werden. Die Auswahl des Lagerringwerkstoffs kann unter Berücksichtigung von Mindestanforderungen hinsichtlich Zug- und Biegefestigkeit, Schadenstoleranz und Korrosionsbeständigkeit getroffen werden. Vorrangiges Auswahlkriterium wird daher die wirtschaftliche Herstellbarkeit sein. Als Werkstoff eignen sich beispielsweise Standard-Stähle, Gusswerkstoffe, Aluminium, Low-Cost-Keramiken, zum Beispiel auf ZrO₂-Basis, faserverstärkte und/oder gefüllte Kunststoffe, zum Beispiel auf PEEK- oder PAI-Basis, kostengünstige Sinterwerkstoffe, Bronzen oder klassische meerwasserbeständige nichthärtbare Stähle.
Auch die vorgeschlagene Segmentierung wirkt sich kostengünstig in Bezug auf die Herstellung der Lagerringe aus. Denn Beschränkungen hinsichtlich der Auswahl des Werkstoffs und/oder des Herstellungsverfahrens, die ggf. bereits aufgrund der Größe der Lagerringe gegeben sind, werden durch eine segmentierte Bauweise umgangen.
Die segmentierte Ausführung der Lauf- und Lagerringe ermöglicht bei Einsatz eines entsprechenden Montagekonzepts zudem die Ausbildung einer vollkugeligen bzw. vollrolligen Lageranordnung. Dabei sinkt bei gleicher äußerer Belastung die Beanspruchung der Laufringe im Kontaktbereich mit den Wälzkörpern, so dass die Anforderungen an den Laufringwerkstoff hinsichtlich Überrollfestigkeit und Verschleißfestigkeit herabgesetzt werden können. Dadurch können wiederum kostengünstigere Werkstoffe, wie beispielsweise Hochleistungspolymere (PEEK, PAI oder PI) eingesetzt werden, deren Eignung bei herkömmlich spanend gefertigten Lagern und dem damit verbundenen Füllgrad an Wälzkörpern nicht gegeben wäre.
Die Verbindung der einzelnen Lagerringsegmente untereinander und/oder mit den Segmenten der Laufringe ist vorzugsweise lösbar, um bei Bedarf den Austausch einzelner Lagerring- und/oder Laufringsegmente zu ermöglichen. Die Verbindung kann beispielsweise als Schraub- oder Klemmverbindung gestaltet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung sind die Wälzkörper kugel- oder rollenförmig ausgebildet. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Wälzkörper aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise Si₃N₄ oder ZrO₂, bestehen. Darüber hinaus können die Wälzkörper aber auch aus Stahl, Kunststoff oder einer Kombination verschiedener Werkstoffe bestehen. Als Wälzkörperwerkstoff eignen sich zum Beispiel auch Stähle aus der Gruppe der Hartmetalle (wie beispielsweise C8M, C9M, DZ10 oder AM12), welche sich durch eine hohe Verschleißfestigkeit auszeichnen.
Weiterhin bevorzugt ist auch der Käfig einer erfindungsgemäßen Lageranordnung segmentiert. Die Segmentierung des Käfigs weist den Vorteil auf, dass Werkstoffe eingesetzt werden können, die ansonsten zu fest, zu hart, zu spröde und/oder zu wenig formbar oder zur Ausbildung eines Großwälzlagers nicht verfügbar sind. Vorzugsweise besteht der Käfig aus einem Hochleistungskunststoff, beispielsweise PEEK oder Polyamideimide.
Konkrete Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Lageranordnung sehen die Ausbildung als Vierpunktlager, Schrägkugel- oder Schrägrollenlager oder Kreuzrollenlager vor. Ferner kann die Lageranordnung ein- oder mehrreihig ausgebildet sein. Optional kann eine Dichtung, in Form einer Spalt- oder Labyrinthdichtung in eine erfindungsgemäße Lageranordnung eingebaut sein, die ggf. ebenfalls segmentiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;
2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;
3 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dorns;
4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dorns;
5 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dorns;
6 einen Schnitt durch den Dorn der 5 in aufgeweitetem Zustand;
7 einen Schnitt durch eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dorns;
8 einen Schnitt durch den Dorn der 7 in aufgeweitetem Zustand.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Eine erste bevorzugte Ausführungsform einer als Drahtwälzlager ausgebildeten erfindungsgemäßen Lageranordnung ist der 1 zu entnehmen. Sie umfasst einen äußeren Lagerring 6 sowie zwei innere Lagerringe 7.1, 7.2. In die Lagerringe 6, 7.1, 7.2 sind drahtförmige Segmente 2 zur Ausbildung von Laufringen 1 eingelegt. In den äußeren Lagerring 6 sind zwei Laufringsegmente 2 nebeneinander und in die zwei inneren Lagerringe 7.1, 7.2 jeweils ein Laufringsegment 2 eingesetzt, die den Laufringsegmenten 2 des äußeren Lagerrings 6 gegenüber liegen. Jedes Laufringsegment 2 ist in Umfangsrichtung mit weiteren Laufringsegmenten 2 verbunden, so dass vollständige Laufringe 1 ausgebildet werden. Zwischen den Laufringen 1 sind in einem Käfig 8 geführte, kugelförmige Wälzkörper 9 angeordnet, die auf den Laufringen 1 abrollen. Über die Laufringe 1 werden die Wälzkörper 9 an Vierpunkten gelagert. Die in der 1 dargestellte Lageranordnung ist somit als einreihiges Vierpunktlager ausgebildet.
Zur Ausbildung eines Großwälzlagers sind neben den Laufringen 1 auch die Lagerringe 6, 7.1, 7.2 der Lageranordnung der 1 segmentiert ausgeführt. Die Segmente der einzelnen Lagerringe 6, 7.1, 7.2 sind sowohl untereinander als auch mit den Segmenten 2 der Laufringe 1 verbunden. Die Verbindung ist lösbar ausgebildet, so dass einzelne Segmente 2 der Laufringe 1 bei Bedarf, beispielsweise aufgrund von Verschleiß, in einfacher Weise ausgetauscht werden können. Da die Laufringe 1 der Wälzbeanspruchung durch die abrollenden Wälzkörper 9 unterliegen, schreitet der Verschleiß im Bereich der Laufringe 1 schneller voran als im Bereich der Lagerringe 6, 7.1, 7.2, die lediglich eine tragende bzw. stützende Funktion übernehmen und nicht in Kontakt mit den Wälzkörpern 9 stehen. Dennoch sind auch die einzelnen Segmente eines Lagerrings 6, 7.1, 7.2 einzeln lösbar und damit in einfacher Weise austauschbar. Schließlich ist auch der Käfig 8 der Lageranordnung der 1 segmentiert ausgeführt, so dass sämtliche ringförmigen Komponenten der Lageranordnung in einzelne Segmente zerlegbar sind. Dies erleichtert den Transport und die Montage der Lageranordnung, so dass das Großwälzlager auch für extreme Einsatzbereiche, beispielsweise als unter Wasser angeordnetes Großlager für ein Meeresströmungskraftwerk, geeignet ist. Zum Verspannen der beiden inneren Lagerringe 7.1, 7.2 sind Befestigungsschrauben 11 und zur räumlichen Festlegung der Lageranordnung sind Gewindebohrungen 12 zur Aufnahme weiterer Befestigungsschrauben vorgesehen.
Die in der 2 dargestellte weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung unterscheidet sich von der 1 dadurch, dass sie als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet ist. Die in zwei Reihen angeordneten, in einem Käfig 8 geführten Wälzkörper 9 rollen jeweils auf zwei Laufringen 1 ab, die sich schräg gegenüber liegen. Ferner ist zwischen den beiden inneren Lagerringen 7.1, 7.2 eine Abstimmungsbeilage 13 eingelegt.
Sowohl in die Lageranordnung der 1, als auch in die der 2 kann optional eine Dichtung (nicht dargestellt), beispielsweise in Form einer Spalt- oder Labyrinthdichtung, eingebaut werden. Vorteilhafterweise ist dann auch die Dichtung segmentiert ausgeführt.
Die Werkstoffe der einzelnen Lagerkomponenten der in den 1 und 2 dargestellten Lageranordnungen sind vorteilhafterweise aus den folgenden Werkstoffen gewählt:

– Werkstoff der Laufringe 1: martensitisch härtende Stähle mit mindestens 13% Chromgehalt (X30CrMoN15-1 ..., X46Cr13, X65Cr13 oder P900 = 1.3816,
– Werkstoff der Lagerringe 6, 7.1, 7.2: Keramik, Kunststoff, ein Verbundwerkstoff oder meerwasserbeständige Austenite (1.374, 1.3964, 1.3813, 1.4371, 1.4462 oder 1.4452),
– Käfigwerkstoff: Hochleistungskunststoff (PEEK, Polyamideimide)
– Wälzkörperwerkstoff: Keramik (Si₃N₄, ZrO₂).

Zur Ausbildung eines Großwälzlagers entsprechend den Darstellungen der 1 oder 2 bedarf es der Herstellung von Laufringen 1. Da diese einen Durchmesser von mehreren Metern aufweisen können, sind sie erfindungsgemäß segmentiert ausgeführt. Die einzelnen Segmente 2 sind aufgrund der reduzierten Abmessungen nicht nur einfacher herstellbar, sondern auch einfacher zu transportieren bzw. zu montieren. Zur Herstellung der Segmente 2 wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Dorn 3 als Formwerkzeug eingesetzt. Das Verfahren sowie das Formwerkzeug werden nachfolgend anhand der 3 bis 8 näher beschrieben.
In der 3 ist eine erste Ausführungsform eines Dorns 3 dargestellt, welcher zur Herstellung von Laufringsegmenten 2 einsetzbar ist. Der Dorn 3 besitzt eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform. Die Querschnittsform ist vorliegend elliptisch gewählt. Somit weist der Dorn 3 in Umfangsrichtung einen ersten bogenförmig verlaufenden Abschnitt 4 mit einem ersten Radius R₁ und einen sich hieran anschließenden weiteren Abschnitt 5 mit einem weiteren Radius R₂ auf. An diesen setzten wiederum ein Anschnitt 4 und ein Abschnitt 5 zur Vervollständig er elliptischen Form an. Der Dorn 3 weist somit ferner eine erste Längserstreckung L₁ auf, welche größer als die Längserstreckung 12 in Querrichtung ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein endlos gezogenes Halbzeug in Form eines Drahtes mit kreisrundem, eckigem oder profiliertem Querschnitt um den Dorn 3 gewickelt und dabei entsprechend den jeweils bogenförmig verlaufenden Abschnitten 4, 5 verformt wird. Der verformte Draht weist somit ebenfalls Abschnitte mit unterschiedlichen Radien auf, wobei wenigstens ein Abschnitt einen Radius besitzt, welcher unter Berücksichtigung einer gewissen Rückfederung des Drahtes, dem Radius des fertigen Laufrings 1 entspricht. Die Abschnitte mit hiervon abweichenden Radien werden an hierfür vorgesehenen Trennstellen 10 einfach herausgeschnitten. Pro Wicklung um den Dorn 3 können somit zwei Segmente 2 hergestellt werden.
Im Unterschied zum Dorn 3 der 3 weist der Dorn 3 der 4 einen fast quadratischen Querschnitt auf, wobei die vier Seiten des Quadrats jeweils einen bogenförmigen Verlauf entlang dem Radius R₁ aufweisen. Die Ecken bilden Abschnitte 5 aus, da sie gerundet mit einem Radius R₂ ausgeführt sind. Bei dieser Ausführungsform eines Dorns 3 können pro Wicklung vier Segmente 2 ausgebildet werden. Zur Herstellung eines Laufrings 1 mit einem Durchmesser von 10.000 mm bedarf es lediglich eines Dorns dessen maximale Längserstreckung L₁ und L₂ nicht größer als 1.000 mm, wobei die Abschnitte 4 vorzugsweise einem Kreisbogen mit dem Radius R₂ = 5.000 mm folgen. Durch die segmentierte Ausführung der Laufringe 1 können demnach die Abmessungen L₁ und L₂ des Dorns 3 deutlich kleiner als der Durchmesser des fertigen Laufrings 1 gewählt werden.
Eine weitere Ausführungsform eines Dorns 3 ist in der 5 dargestellt. Sie beruht auf der der 3. Im Unterschied zum Dorn 3 der 3 ist der Dorn 3 der 5 jedoch zweiteilig ausgeführt, wobei die zwei Teile des Dorns 3 sich voneinander weg und aufeinander zu bewegen lassen (siehe 6). Über den Dorn 3 kann demnach eine Druckkraft auf einen hierauf gewickelten Draht (nicht dargestellt) ausgeübt werden, welcher den Prozess der Verformung unterstützt oder sogar bewirkt. Die Teilung des Dorns 3 erfolgt im Bereiche der Achse A.
Wie in der 6 angedeutet kann entlang der Achse B eine weitere Teilungsebene vorgesehen sein, so dass der Dorn 3 vier voneinander weg und aufeinander zu bewegbare Teile umfassen kann.
In den 7 und 8 ist das Prinzip eines aufweitbaren Dorns 3 noch einmal anhand einer Ausführungsform dargestellt, die weitgehend der der 4 entspricht. Im Unterschied zum Dorn 3 der 4 weist der Dorn 3 der 7 und 8 jedoch keine vier gleichen Abschnitte 4 mit einem Radius R₁, sondern nur zwei sich gegenüberliegende Abschnitte 4 mit einem Radius R₁ auf, zwischen welchen ebenfalls Seiten ausbildende Abschnitte 5 mit einem Radius R₂ angeordnet sind. Die Ecken sind wiederum gerundet ausgeführt, so dass sich weitere Abschnitte 14 mit einem weiteren Radius R₃ ergeben. Mit einem Dorn 3 können somit Segmente 2 für zwei Laufringe 1 mit unterschiedlichem Durchmesser ausgebildet werden. Alternativ können auch sämtliche Seiten des Dorns 3 mit einem anderen bogenförmigen Verlauf ausgestattet werden, so dass eine Vielzahl unterschiedlich stark gebogener Segmente 2 für eine entsprechende Anzahl an Laufringen 1 hergestellt werden können. In der Regel weisen diese Segmente 2 dann auch eine unterschiedliche maximale Bogenlänge l auf.
Bezugszeichenliste

1: Laufring
2: Segment
3: Dorn
4: Abschnitt
5: Abschnitt
6: Lagerring
7.1: Lagerring
7.2: Lagerring
8: Käfig
9: Wälzkörper
10: Trennstelle
11: Befestigungsschraube
12: Gewindebohrung
13: Abstimmbeilage
14: Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009012258 A1 [0006]

Claims

Laufring (1) zur Ausbildung eines radial und/oder axial belastbaren Großlagers, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (1) aus wenigstens zwei Segmenten (2) besteht, die miteinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind.
Laufring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufring (1) im Querschnitt kreisförmig, rechteckig oder profiliert ausgebildet ist.
Laufring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das der Laufring (1) aus einem korrosionsbeständigen, hoch belastbaren Funktionswerkstoff besteht und/oder eine korrosionsbeständige überrollfähige Beschichtung besitzt.
Verfahren zur Herstellung eines Laufrings (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein biegsames endlos gezogenes Halbzeug um einen ein- oder mehrteilig ausgeführten Dorn (3) gewickelt und anschließend segmentiert wird, wobei vorzugsweise ein Dorn (3) eingesetzt wird, der in Umfangsrichtung wenigstens zwei Abschnitte (4, 5) mit unterschiedlichen Radien (R₁, R₂) besitzt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Festigkeit des Laufrings (1) das zur Herstellung des Laufrings (1) eingesetzte Halbzeug einer Kaltumformung bzw. Kaltverfestigung unterzogen wird.
Dorn (3) zum Biegen eines Laufrings (1) oder Laufringsegments (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (3) ein- oder mehrteilig ausgebildet ist und in Umfangsrichtung wenigstens zwei Abschnitte (4, 5) mit unterschiedlichen Radien (R₁, R₂) besitzt.
Lageranordnung zur Ausbildung eines radial und/oder axial belastbaren Großlagers mit mehreren Laufringen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und wenigstens zwei relativ zueinander drehbaren Lagerringen (6, 7.1, 7.2) zur Aufnahme der Laufringe (1) sowie mehreren in, einem Käfig (8) geführten Wälzkörpern (9), die auf den Laufringen (1) abwälzen, wobei jeder Lagerring (6, 7.1, 7.2) aus wenigstens zwei Segmenten besteht, die miteinander und/oder mit einem Laufring (1) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind.
Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (9) kugel- oder rollenförmig ausgebildet sind und/oder aus einem keramischen Werkstoff, beispielsweise Si₃N₄ oder ZrO₂, bestehen.
Lageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) segmentiert ist und/oder aus einem Hochleistungskunststoff, beispielsweise PEEK oder Polyamide, besteht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung als Vierpunktlager, Schrägkugel- oder Schrägrollenlager oder Kreuzrollenlager ausgebildet ist.