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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerringelement, insbesondere eine Lagerringhälfte, und ein Verfahren zum Verbinden eines derartigen Lagerringelements mit einem weiteren Lagerringelement.
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Bekannte Wälzlager umfassen sowohl ungeteilte als auch geteilte Wälzlager, wobei die Teilung der Lagerringe in radialer oder auch in axialer Richtung vorgesehen werden kann. Geteilte Wälzlager, wie beispielsweise geteilte Zylinderrollenlager, werden in erster Linie für Lagerungen an schwer zugänglichen Stellen oder von gekröpften Wellen verwendet. Ihr Einsatz ist aber auch überall dort von Vorteil, wo ungeteilte Lager bei Wartung oder Austausch aufwendige und zeitraubende Zusatzarbeiten erforderlich machen und lange wie auch teure bzw. unzulässige Maschinenstillstandzeiten verursachen würden.
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Geteilte Wälzlager weisen axial geteilte Lagerringe auf, die sich in axial geteilte Innenlager- oder Außenlagerringe unterscheiden lassen, und auch als axial geteilte Laufringe bezeichnet werden können. Bei axial kraftschlüssig verbundenen und axial geteilten Lagerringen von Wälzlagern, wie sie beispielsweise bei speziellen zweireihigen Wälzlagern vorkommen, kann es bei hohen äußeren Radialkräften zu elastischen Einfederungen im Wälzkontakt und damit zu tangential wirkenden Schubkräften kommen, die lokale oder globale Verschiebungen zwischen den axial geteilten Lagerringhälften der geteilten Lagerringe erzeugen können. Dies kann u. U. zu einem Versagen einer kraftschlüssigen Verbindung der geteilten Lagerringhälften oder zu Effekten, wie z. B. Passungsrost führen.
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Um bei hohen Lebensdaueranforderungen an die Wälzlager derartige lokale oder globale Verschiebungsgrößen zu verhindern, oder zumindest auf einen unkritischen Wert zu reduzieren, wurden Lagerringelemente bzw. -hälften bislang beispielsweise mittels sehr hoher Schraubenanzugsmomente, reibwerterhöhender Beschichtungen oder durch Auftrag flüssiger Klebstoffe miteinander verbunden.
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Beim Einsatz von Schraubverbindungen mit hohen Schraubenanzugsmomenten kann durch ein zu hoch gewähltes Anzugsmoment beispielsweise eine Verformung wenigstens einer der Lagerringhälften auftreten, was wiederum zu einem ungünstigen Laufverhalten und zu Verspannungen der Laufringe führen kann.
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Der Einsatz von reibwerterhöhenden Beschichtungen auf Stirnflächen geteilter Lauf bzw. Lagerringe verlangt zusätzliche, aufwändige Prozessschritte beim Herstellen der Lagerringe und wirkt sich damit negativ auf damit zusammenhängende Prozess- bzw. Herstellungskosten aus.
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Beim herkömmlichen Auftragen flüssiger Klebstoffe wird ein Klebstoff unmittelbar bei der Montage zwischen die Lagerringhälften eingebracht. Solche Verfahren haben beispielsweise den Nachteil, dass sich das Einbringen eines Klebstoffs in Montagelinien schwierig gestaltet bzw. eine Prozesssicherheit – insbesondere hinsichtlich einer Menge an zuzuführenden Klebstoff und hinsichtlich der Sauberkeit der Fügepartner – von den Gegebenheiten bei der Montage bzw. vom jeweiligen Montagepartner abhängt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Verbinden von_Lagerringelementen geteilter Lagerringe und ein entsprechend angepasstes Lagerringelement bereitzustellen.
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Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die oben gestellte Aufgabe gelöst werden kann, indem zusätzlich oder alternativ zu einer kraftschlüssigen Kopplung zweier axial geteilter Lagerringelemente, insbesondere zweier Lagerringhälften, die axial geteilten Lagerringelemente im Nachhinein stoffschlüssig durch ein in einem dafür vorgesehenen Aufnahmeraum eines Lagerringelements befindliches aktivierbares adhäsives Material verbunden werden. Dabei bedeutet „im Nachhinein” zeitlich gesehen nach einem Auf- oder Einbringen des aktivierbaren adhäsiven Materials in den Aufnahmeraum wenigstens eines der Lagerringelemente, nach einem Zusammenführen der Lagerringelemente und nach einem Aktivieren des adhäsiven Materials.
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Dazu wird gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Lagerringelement bereitgestellt, das auf bzw. in seiner Stirnseite bzw. -fläche einen für das aktivierbare adhäsive Material vorgesehenen Aufnahmeraum aufweist.
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Dabei weist die Stirnseite des Lagerringelements eine ringförmige Stirnfläche auf und der Aufnahmeraum für das adhäsive Material wird gemäß Ausführungsbeispielen durch eine Vertiefung in der Stirnseite des Lagerringelements gebildet. Insbesondere ist die Vertiefung in der Stirnseite bevorzugt durch wenigstens eine in der ringförmigen Stirnfläche verlaufende Nut gebildet, die im Nachfolgenden auch als Ringnut bezeichnet wird.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem aktivierbaren adhäsiven Material um einen aktivierbaren Klebstoff, insbesondere um einen aktivierbaren Expansionsklebstoff.
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Ein Fluss des adhäsiven Materials bzw. des Klebstoffs in radiale Richtung zwischen den gefügten Lagerringelementen kann nach dessen Aktivierung durch mindestens ein die Vertiefung begrenzendes Barriereelement begrenzt werden. Als Barriereelement kommt beispielsweise wenigstens ein Dichtungsring in Frage, der bevorzugt als O-Ring ausgebildet sein kann. Andererseits kann es sich bei dem Barriereelement auch um einen Kalibrierring handeln. Das Barriereelement ist dabei bevorzugt in einer Ringnut in der Stirnseite des Lagerringelements angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist ein dem Aufnahmeraum benachbarter und einem radialen Ende des Lagerringelements zugewandter Bereich eine reduzierte Tiefe auf, um beim Verbinden mit dem weiteren Lagerringelement einen reduzierten axialen Abstand zwischen dem Lagerringelement und dem weiteren Lagerringelement zu erzeugen, und um so eine Barriere für das adhäsive Material zu bilden.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Lagerringelement um eine Lagerringhälfte eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings eines Wälzlagers, wobei eine Oberfläche der Stirnseite bzw. Stirnfläche des Lagerringelements bzw. der Lagerringhälfte in der Trennebene liegt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden zweier Lagerringelemente eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings bereitgestellt, wobei wenigstens ein erstes der Lagerringelemente in der Trennebene eine Stirnseite mit einem für ein aktivierbares adhäsives Material vorgesehenen Aufnahmeraum aufweist. Das Verfahren umfasst dabei ein Zusammenführen der Stirnseiten der Lagerringelemente, ein axial kraftschlüssiges Verbinden der an den Stirnseiten zusammengeführten Lagerringelemente, und ein stoffschlüssiges Verbinden der axial kraftschlüssig verbundenen Lagerringelemente durch Aktivierung des aktivierbaren adhäsiven Materials in dem Aufnahmeraum.
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Vor dem Zusammenführen bzw. Fügen der Lagerringelemente bzw. derer Stirnseiten wird das aktivierbare adhäsive Material in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum eingebracht. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann es sich bei dem adhäsiven Material um einen aktivierbaren Expansionsklebstoff handeln. Bei dem Einbringen des aktivierbaren adhäsiven Materials in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum kann es sich um einen von dem Verbinden sowohl zeitlich als auch örtlich völlig losgelösten Schritt handeln. Vorstellbar ist beispielsweise, dass mit aktivierbarem, adhäsiven Material versehene Lagerringelemente bereits vorgefertigt vorliegen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann bei dem Einbringen der Expansionsklebstoff beispielsweise in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum eingebracht werden.
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Das Zusammenführen und Ausrichten der Lagerringelemente erfolgt also in einem Status des Klebstoffs, in dem dieser noch nicht „klebt”. Erst nach dem Erreichen einer genauen Relativposition zwischen den zu verbindenden Lagerringelementen wird der Klebstoff aktiviert, so dass ein Klebeverbund hergestellt wird.
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Bei der Aktivierung zum Herstellen des Klebeverbunds dehnt sich der Expansionsklebstoff dann in dem Aufnahmeraum bevorzugt volumenmäßig derart aus, dass ein adhäsiver Verbund der Lagerringelemente bewirkt wird. Zwecks der Volumenvergrößerung wird vorzugsweise als aktivierbares adhäsives Material ein aktivierbarer Expansionsklebstoff verwendet, dem zu dessen Aktivierung ein physikalisches oder chemisches Treibmittel beigegeben ist bzw. dessen Aktivierung durch ein physikalisches oder chemisches Treibmittel bewirkt wird.
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Die Aktivierung des Klebstoffs gemäß obigem Schritt kann durch Erwärmung erfolgen, insbesondere durch Induktion. Möglich ist aber auch, dass die Aktivierung des Klebstoffs durch eine Beaufschlagung desselben mit Ultraschall erfolgt.
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Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist in kostengünstiger Weise ein stabiler adhäsiver Verbund beispielsweise von Lagerringhälften geteilter Innen- und/oder Außenlagerringe von Wälzlagern herstellbar.
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Dabei kann die eingangs beschriebene elastische Einfederung der axial geteilten Lagerringe unter Last u. U. zwar nicht vollständig verhindert werden, jedoch erfolgt diese dann bei den verbundenen Lagerringelementen synchron, sodass es zu keinen Relativbewegungen zwischen den Lagerringkomponenten kommt. Dadurch können mögliche negative Effekte durch dieses Phänomen, wie beispielsweise Passungsrost, von vorneherein vermieden werden.
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Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Klebung zusätzlich eine gewisse Dichtfunktion haben, sodass keine Medien durch die Füge- bzw. Passungsflächen zwischen den Lager- bzw. Laufringkomponenten dringen können.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Lagerringelements mit einer Stirnseite und einem darin für ein aktivierbares adhäsives Material vorgesehenen Aufnahmeraum, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Seitenansicht eines Lagerringelements mit einem für ein aktivierbares adhäsives Material vorgesehenen Aufnahmeraum in der Stirnseite, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Vorder- und eine Seitenansicht eines Wälzlagers mit geteilten Innen- und Außenlagerringen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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4 ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zum Verbinden zweier Lagerringelemente gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lager- bzw. Laufringelements 10.
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Das Lagerringelement 10 weist Mantelflächen 11 und ringförmige Stirnseiten bzw. -flächen 12 auf. Je nachdem, ob es sich bei dem Lagerringelement 10 um ein Innen- oder Außenlagerringelement eines Wälzlagers handelt, dient eine radial außen bzw. eine radial innen gelegene Mantelfläche des Lagerringelements 10 als Lauffläche für (nicht dargestellte) Wälzkörper. Wenigstens eine der Stirnseiten 12 ist vorgesehen, um das Lagerringelement 10, welches gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Innen- oder Außenlagerringhälfte sein kann, mit einem weiteren (nicht gezeigten) Lagerringelement bzw. einer weiteren Lagerringhälfte zu verbinden. Beim Verbinden der Lagerringelemente werden insbesondere die Stirnseite 12 des Lagerringelements 10 und eine Stirnseite des weiteren Lagerringelements axial miteinander verbunden, so dass diese Stirnseiten 12 bzw. deren Oberflächen quasi eine achsnormale Trennebene der zu fügenden Lagerringelemente bilden.
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Um diese axiale Verbindung effizient zu gestalten, weist das Lagerringelement 10 gemäß Ausführungsbeispielen in seiner Stirnfläche bzw. -seite 12 einen für ein von außerhalb des Lagerringelements 10 aktivierbares adhäsives Material vorgesehenen Aufnahmeraum 13 auf, so dass durch Aktivierung des adhäsiven Materials die stirnseitige Verbindung der Lagerringelemente zusätzlich oder alternativ zu einer kraftschlüssigen Verbindung auch stoffschlüssig erfolgen kann. Dazu wird vor einem Zusammenführen bzw. Fügen der zu verbindenden Lagerringelemente das von außen aktivierbare adhäsive Material in den Aufnahmeraum 13 eingebracht, wobei maßgeblich ist, dass das aktivierbare adhäsive Material bei seinem Einbringen in den Aufnahmeraum 13, d. h. vor dem Fügen der Lagerringelemente, noch keine adhäsiven bzw. klebenden Eigenschaften aufweist. Diese treten später zusammen mit einer Volumenvergrößerung des adhäsiven Materials erst durch dessen Aktivierung zutage.
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Bei dem aktivierbaren adhäsiven Material kann es sich beispielsweise um einen aktivierbaren Expansionsklebstoff handeln. Eine Klebstoffeinbringung in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum 13 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel pastös, d. h. zähflüssig bzw. pastenartig, erfolgen. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Klebstoff in Form eines abrollbaren Klebebands in den Aufnahmeraum 13 eingebracht werden. Der Klebstoff kann beispielsweise derart vorausgehärtet sein, dass er unter Fertigungsumgebungsbedingungen (z. B. bei Raumtemperatur) eine feste Konsistenz, jedoch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist, wobei unter Adhäsion im Rahmen dieser Spezifikation die Haftung von Klebschichten an den Fügeteiloberflächen, d. h. den Stirnflächen der zu fügenden Lagerringelemente, verstanden werden soll.
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Durch die anfangs nicht-adhäsive Eigenschaft des aktivierbaren adhäsiven Materials können Lagerringelemente 10 auch bereits vor ihrer Weiterverarbeitung bzw. Verbindung mit weiteren Lagerringelementen mit dem (später) aktivierbaren adhäsiven Material versehen werden und in einem derartigen Zustand beispielsweise zur Weiterverarbeitung zwischengelagert oder ausgeliefert werden.
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Der Aufnahmeraum 13 kann gemäß einem Ausführungsbeispiel durch eine Vertiefung in der Stirnseite 12 des Lagerringelements 10 in Form von wenigstens einer in der ringförmigen Stirnfläche der Stirnseite 12 verlaufende Nut (Ringnut) gebildet sein. Die Vertiefung bzw. die Ringnut 13 kann beispielsweise von rechteckigem Querschnitt sein, oder von Trapezform, mit nach außen geschrägter Wand. Andere, komplexere Querschnitte der Vertiefung bzw. Ringnut 13 sind ebenfalls möglich, um vorzugsweise radiale Barrieren für den Klebstoff zu ermöglichen.
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Dazu zeigt 2 eine Seitenansicht eines Lagerringelements 10 in Form einer Lagerringhälfte mit einer Lagerbohrung 21.
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In 2 ist angedeutet, wie gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Querschnitt der Vertiefung bzw. der Ringnut 13 in der Stirnseite 12 ausgebildet sein kann, in die das aktivierbare adhäsive Expansionsmaterial bzw. der aktivierbare Klebstoff 22 eingebracht wird. Zu erkennen ist, dass in die ringförmige Stirnseite bzw. -fläche 12 des Lagerringelements 10 zwei Aufnahmeräume 23 in Form je einer Ringnut eingearbeitet sind (es ist natürlich auch nur eine Ringnut oder mehr als zwei möglich). Die sich nach radial außen hin anschließenden Bereiche 24 der Stirnseite bilden beim Fügen einen Kontaktbereich zu dem Fügepartner, d. h. dem weiteren Lagerringelement. Durch eine Kante zwischen den Bereichen 23 und 24 wird eine Barrierewirkung für den Klebstoff 22 erzielt, wenn dieser aktiviert wird und sich in Folge dessen in seinem Volumen vergrößert.
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Gemäß dem in 2 skizzierten Ausführungsbeispiel weist der dem Aufnahmeraum 13 benachbarte und einem radialen Ende des Lagerringelements 10 zugewandte Bereich 24 also eine im Vergleich zu dem Aufnahmeraum 13 reduzierte Tiefe auf, um beim Verbinden mit dem weiteren Lagerringelement einen reduzierten axialen Abstand zwischen dem Lagerringelement 10 und dem weiteren Lagerringelement zu erzeugen, und um so eine Barriere für das adhäsive Material zu bilden. Gemäß Ausführungsbeispielen liegt der Bereich 24 in der Stirnseite bzw. -fläche 12, d. h. der achsnormalen Trennebene des Lagerringelements 10 und des weiteren Lageringelements.
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Ein Fluss des adhäsiven Materials bzw. des Klebstoffs 22 in radiale Richtung zwischen den gefügten Lagerringelementen könnte nach dessen Aktivierung auch durch mindestens ein die Vertiefung 13 radial begrenzendes Barriereelement in Form wenigstens eines Dichtungsrings begrenzt werden, der bevorzugt als O-Ring ausgebildet sein kann. Andererseits könnte es sich bei dem Barriereelement auch um einen Kalibrierring handeln. Das Barriereelement kann dabei bevorzugt in einer Ringnut 23 in der Stirnseite des Lagerringelements 10 angeordnet sein.
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Bevorzugt ist also ein dem Aufnahmeraum 13 benachbarter und einem radialen Ende der ringförmigen Stirnseite bzw. fläche 12 zugewandter Bereich ausgebildet, um nach einer Aktivierung und Expansion des aktivierbaren adhäsiven Materials 22 eine radial wirkende Barriere für das adhäsive Material 22 zu bilden.
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Durch die Ausgestaltung des Aufnahmeraums 13 kann sich der nach seiner Aktivierung expandierende Klebstoff 22 zunächst in axiale Richtung hin zu dem (nicht gezeigten) Fügepartner ausdehnen. Nach Erreichen eines Fügespalts zwischen den beiden Fügepartnern, d. h. dem Lagerringelement 10 und dem weiteren Lagerringelement, kommt zu der axialen Expansion auch noch eine Expansion des Klebstoffs 22 in radiale Richtung hinzu, was einen zusätzlichen Festigkeitseffekt bewirkt. Diesen Effekt der radialen Ausdehnung kann man durch die Ausgestaltung des Aufnahmeraums 13 in den Stirnseiten 12 zwischen den zu fügenden Lagerringhälften beeinflussen.
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In den Aufnahmeraum 13 des Lagerringelements 10 kann gegebenenfalls auch eine spiralförmig verlaufende Nut eingearbeitet sein, die die Verteilung des Klebstoffs 22 im Raum zwischen den Lagerringhälften erleichtert.
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Zum Einsatz kommen kann ein Klebstoff 22, der bei typischen Umgebungstemperaturen (zwischen 0°C und 50°C) eine feste Konsistenz hat. Der Klebstoff 22 hat demgemäß bei typischen Umgebungstemperaturen nicht nur eine feste Konsistenz, er weist auch keine adhäsive Eigenschaft auf.
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Es können generell Schmelzklebstoffe zum Einsatz kommen (auch als „Hotmelts” bezeichnet). Diese sind bei Raumtemperatur fest. Sie werden durch Aufschmelzen verarbeitbar, d. h. sie entfalten bei Erwärmung ihre adhäsive Wirkung. Es erfolgt hier also eine Aktivierung durch Temperatur. Die heiße Klebstoffschmelze geht dann den adhäsiven Verbund ein. Unmittelbar nach dem Abkühlen und Erstarren des Klebstoffs ist die Verbindung fest. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine schnelle Montage. Zum Einsatz kommen können auch Kontaktklebstoffe.
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Weiterhin können anaerob härtende Klebstoffe eingesetzt werden. Diese Klebstoffe werden als einkomponentiges System eingesetzt. Die eingesetzten Monomere von (modifizierten) Acrylsäure-Estern härten nach einem Radikalketten-Mechanismus ähnlich den Methylmethacrylaten aus. Das Besondere dabei ist, dass die Härtereaktion nur unter Ausschluss von Sauerstoff, also anaerob, und in Anwesenheit von Metall-Ionen startet, wenn der Klebstoff in einer engen metallischen Klebefuge von der Umgebungsluft abgeschlossen wird. Es können nur metallische Werkstoffe damit geklebt werden, was für die vorliegende Erfindung von Vorteil ist, da für die Aushärtung freie Metall-Ionen als Reaktionspartner benötigt werden.
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Weitere bevorzugte Klebstoffe, die vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind strahlenhärtende Klebstoffe. Bei diesen Klebstoffen, die als einkomponentige Systeme eingesetzt werden, härten durch radikalische Polymerisation zu festen Polymeren, wobei die Bildung der Startradikale durch Bestrahlung mit UV-Licht (oder anderen Strahlenquellen, wie z. B. Elektronen) hervorgerufen wird. Die Wellenlänge des UV-Lichts muss dabei genau auf das eingesetzte Klebstoffsystem abgestimmt sein. Die Aushärtung erfolgt durch Bestrahlen mit UV-Licht. Es sind hierbei mehrere Varianten möglich: Zunächst sind UV-Acrylate bekannt. Im flüssigen Zustand besteht ein radikalisch vernetzender UV-Klebstoff überwiegend aus Monomeren und Photoinitiatoren. In diesem Zustand lässt sich der Klebstoff leicht dosieren. Durch die Einwirkung von UV-Strahlung werden die Photoinitiatoren in freie Radikale gespalten. Diese Radikale leiten die Bildung von Polymerketten ein. Im ausgehärteten Zustand besteht der UV-Klebstoff aus vernetzten Polymerketten. Weiterhin können kationische Epoxies (Epoxidharze-Klebstoffe) zum Kleben von nicht transparenten Substraten eingesetzt werden, was vorliegend vorteilhaft ist. Im Unterschied zu den radikalisch härtenden Acrylatklebstoffen können die kationisch härtenden Klebstoffsysteme nach einer ausreichenden Aktivierung mit UV-Strahlung im Dunklen weiterhärten. Kationische Epoxies können für Anwendungen mit einem UV-durchlässigen Bauteil ebenso eingesetzt werden, wie für Anwendungen bei nicht UV-durchlässigen Werkstoffen. Bei Letzteren muss der Klebstoff nach dem Dosieren, jedoch vor dem Fügen mit UV-Strahlung aktiviert werden. Nach der Aktivierung besitzt der Klebstoff eine begrenzte offene Zeit, in der die Bauteile zu fügen sind.
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Sehr vorteilhaft ist die Volumenvergrößerung des Klebstoffs bei seiner Aktivierung. Hierzu enthält der Klebstoff vorzugsweise ein physikalisch oder chemisch wirkendes Treibmittel, das bei der Aktivierung des Klebstoffs selbst aktiviert wird und das durch Gasbildung oder Gas-Ausdehnung das Volumen des Klebstoffs vergrößert. Bei physikalisch wirkenden Treibmitteln ist die Volumenvergrößerung eine physikalische Folge des Erwärmens von mit Gas oder verdampfbarer Flüssigkeit gefüllten Mikrohohlkugeln. Bei chemischen Treibmitteln wird durch eine chemische Reaktion ein Gas abgespaltet, welches die Volumenvergrößerung des Klebstoffs bewirkt.
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Aufgrund der Volumenvergrößerung nach der Aktivierung ist es nicht erforderlich, dass ein Bereich zwischen den Lagerringhälften übermäßig genau zueinander toleriert werden muss. Vielmehr darf ein Spalt zwischen Klebstoff und dem weiteren Lagerringelement bzw. der weiteren Lagerringhälfte verbleiben, was das Fügen der beiden Bauteile erleichtert. Aufgrund der Volumenvergrößerung füllt der Klebstoff nach der Aktivierung den Spalt aus und verbindet hierdurch die beiden Teile stoffschlüssig.
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Für das vorgeschlagene Verfahren kann ein Klebstoff auf Basis von Polyurethanen, Epoxidharzen oder Acrylaten verwendet werden. Dabei schließt der Begriff „Acrylat” substituierte Acrylate wie Methacrylat ein.
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Beispiele von Klebstoffen, die sich bewährt haben, sind so genannte „reaktive Schmelzklebstoffe”. Diese sind in geschmolzenen Zustand streichfähig, so dass sie in diesem Zustand in den Aufnahmeraum 13 in der Stirnseite 12 des Lagerringelements aufgebracht werden können, ohne dass der Aushärtungs-Mechanismus aktiviert wird. Dieser erfordert vielmehr ein Erwärmen auf eine höher liegende Aktivierungstemperatur, bei der ein latenter Harter für eine reaktionsfähige Bindemittel-Komponente (beispielsweise ein Präpolymer mit Epoxid- oder Isocyanat-Gruppen) aktiviert wird.
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Der Klebstoff kann eine Harzkomponente enthalten, mindestens einen thermisch aktivierbaren latenten Härter für die Harzkomponente sowie ggf. Beschleuniger, Füllstoffe, Thixotropiehilfsmittel und weitere übliche Zusatzstoffe, wobei die Harzkomponente durch Umsetzung von einem beim Raumtemperatur festen Epoxidharz, einem bei Raumtemperatur flüssigen Epoxidharz und einem linearen Polyoxypropylen mit Amino-Endgruppen erhältlich ist. Die Epoxidharze werden in einer solchen Menge, bezogen auf das Polyoxypropylen mit Amino-Endgruppen, eingesetzt, dass ein Überschuss an Epoxidgruppen, bezogen auf die Aminogruppen, gewährleistet ist. Als latenter Harter ist beispielsweise Dicyandiamid geeignet.
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Weiterhin können Epoxidharz-Strukturklebstoffe eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um Zusammensetzungen, die ein Copolymeres mit mindestens einer Gasübergangstemperatur von –30°C oder niedriger und gegenüber Epoxiden reaktiven Gruppen oder ein Reaktionsprodukt dieses Copolymeren mit einem Polyepoxid, weiterhin ein Reaktionsprodukt aus einem Polyurethan-Prepolymer und einem Polyphenol oder Aminophenol sowie schließlich mindestens ein Epoxidharz enthalten. Um diese Zusammensetzungen wärmehärtbar zu machen, enthalten sie zusätzlich einen latenten Harter aus der Gruppe Dicyandiamid, Guanamine, Guanidine, Aminoguanidine, feste aromatische Diamine und/oder Härtungsbeschleuniger. Zusätzlich können sie Weichmacher, Reaktivverdünner, Rheologie-Hilfsmittel, Füllstoffe, Netzmittel und/oder Alterungsschutzmittel und/oder Stabilisatoren enthalten.
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Des Weiteren können gemäß Ausführungsbeispielen auch spezielle Mehr-Komponenten-Klebstoffe eingesetzt werden, die wenigstens zwei Komponenten umfassen, die im Folgenden ganz allgemein mit A und B bezeichnet werden. Beispielsweise ist bei einem derartigen Klebstoff in einer ersten Komponente A eine zweite Komponente B enthalten, allerdings eingeschlossen in kleinen Kapseln und daher getrennt von der ersten Komponente A. Die Kapseln der zweiten Komponente B können z. B. aus sehr dünnem Kunststoffmaterial bestehen, das sehr empfindlich gegen mechanische Kräfte und/oder gegen thermische Beaufschlagung ist. Demgemäß kann durch äußere mechanische Kräfte bzw. durch Erhitzung der Kapseln bzw. deren Inhalt ein Platzen der Kapseln bewerkstelligt werden. Dies hat zur Folge, dass sich die beiden Klebstoffkomponenten A und B vermischen und miteinander reagieren können, worunter die Aktivierung eines derartigen Klebstoffs verstanden werden soll. Ein Platzen der Kapseln bei der Beaufschlagung mittels Wärme wird dadurch begünstigt, wenn sich die Komponente B bei der Erwärmung zumindest geringfügig ausdehnt.
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Befinden sich also zwei zu verbindende Lagerringhälften in einer gewünschten Relativposition, in der der Kleberverbund hergestellt werden soll, kann beispielsweise mittels einer Induktionsspule eine Erhitzung des Mehr-Komponenten-Klebstoffs und insbesondere der zweiten Komponente B in den Kapseln verursacht werden. Die entstehende Wärme bringt die Kapseln zum Platzen, so dass die zweite Komponente B freigesetzt wird und sich mit der ersten Komponente A vermischen kann. Es kommt mithin zu der gewünschten Reaktion zwischen den beiden Klebstoffkomponenten A und B (Aktivierung) und zu einem Aushärten des Klebstoffs, wodurch die beiden Lagerringhälften fest miteinander verbunden werden können.
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Die erwähnten thermisch aktivierbaren Klebstoffsysteme können mit oder ohne die oben beschriebenen Treibmittel eingesetzt werden, je nachdem, ob man eine Volumenvergrößerung des Klebstoffs bei bzw. nach der thermischen Aktivierung anstrebt oder nicht.
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Ein erfindungsgemäß miteinander verklebte Innen- und Außenlagerringhälften umfassendes Wälzlager 30 ist in 3 in einer Frontal- (links) bzw. Seitenansicht (rechts) gezeigt.
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Wälzkörper 31 sind zwischen einem inneren geteilten Lagerring 32 und einem äußeren geteilten Lagerring 33 angeordnet, so dass sich die beiden Lagerringe 32 und 33 um eine (nicht dargestellte) gemeinsame Achse gegeneinander verdrehen können. Die Besonderheit hier ist die erfindungsgemäße Verbindung entsprechender Lagerringhälften 32-1, 32-2 (innere Lagerringhälften) und 33-1, 33-2 (äußere Lagerringhälften) zu den jeweiligen Lagerringen 32 und 33. Wie es in 3 schematisch dargestellt ist, weist sowohl eine hinsichtlich der Bildebene A-A hinten angeordnete innere Lagerringhälfte 32-1 als auch eine hinsichtlich der Bildebene A-A hinten angeordnete äußere Lagerringhälfte 33-1 in einer Stirnseite jeweils einen Aufnahmebereich 13 für adhäsives Material bzw. Klebstoff 22 auf, welcher nach einem Fügeprozess aktiviert wurde, um eine Klebeverbindung der jeweiligen Lagerringhälften 32-1, 32-2 und 33-1, 33-2 zu bewirken.
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Somit umfassen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch ein Wälzlager, welches miteinander verklebte Innen- und/oder Außenlagerringhälften umfasst. Dabei weist jeweils eine der Innen- oder Außenlagerringhälften in ihrer Stirnseite, die zumindest teilweise in der achsnormalen Trennebene A-A des Wälzlagers 30 liegt, einen Aufnahmeraum 13 für einen aktivierbaren Expansionsklebstoff 22 auf.
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Ausführungsbeispiele umfassen dementsprechend natürlich auch einen Lagerring 32, 33 für ein Wälzlager 30 mit wenigstens einem erfindungsgemäßen ersten Lagerringelement 32-1, 33-1, wobei das erste Lagerringelement 32-1, 33-1 und ein zweites Lagerringelement 32-2, 33-2 durch ein in dem Aufnahmeraum 13 des ersten Lagerringelements 32-1, 33-1 aktiviertes adhäsives Material 22 an den Stirnflächen der Lagerringelemente zu dem Lagerring 32, 33 stoffschlüssig verbunden bzw. verklebt sind.
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Zusammenfassend soll anhand von 4 noch einmal ein Verfahren 40 zum Verbinden zweier Lagerringelemente bzw. -hälften eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings 32, 33 erläutert werden, wobei wenigstens eine erste der Lagerringhälften in der Trennebene A-A eine Stirnseite 12 mit einem für ein aktivierbares adhäsives Material 22 vorgesehenen Aufnahmeraum 13 aufweist und, wobei sich zum erfindungsgemäßen Fügen der zwei Lagerringelemente das aktivierbare adhäsive Material 22 in dem Aufnahmeraum 13 befindet.
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In einem ersten Schritt 41 werden die Lagerringelemente bzw. Lagerringhälften 32-1, 32-2 oder 33-1, 33-2 durch Zusammenführen derer Stirnseiten in eine gewünschte Fügeposition zueinander gebracht bzw. zusammengeführt. Bei dem Zusammenführen 41 wird die mit dem Aufnahmeraum 13 versehene Stirnseite 12 des ersten Lagerringelements 32-1, 33-1 also mit einer Stirnseite eines zweiten Lagerringelements 32-2, 33-2 zusammengeführt, um das erste und zweite Lagerringelement in der Trennebene A-A zu einem Lagerring 32 bzw. 33 zu fügen. Dazu werden die zu fügenden Stirnseiten 12 der Lagerringhälften 32-1, 32-2 oder 33-1, 33-2 sowohl axial als auch radial gegeneinander ausgerichtet, so dass sie vorzugsweise genau zur Deckung gebracht werden.
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Auf den Schritt 41 folgt zunächst ein axial kraftschlüssiges Verbinden 42 der an den Stirnseiten zusammengeführten Lagerringelemente 32-1, 32-2 bzw. 33-1, 33-2. Dies kann beispielsweise durch ein (temporäres) Aneinanderpressen oder durch eine (temporäre) kraftschlüssige Schraubverbindung der gefügten Lagerringhälften 32-1, 32-2 bzw. 33-1, 33-2 erfolgen.
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Schließlich folgt darauf in einem weiteren Schritt 43 das beschriebene zusätzliche oder alternative stoffschlüssige Verbinden der zunächst kraftschlüssig verbundenen Lagerringelemente 32-1, 32-2 bzw. 33-1, 33-2 durch Aktivierung des aktivierbaren adhäsiven Materials 22 in dem Aufnahmeraum 13. Dies setzt natürlich voraus, dass vor dem Zusammenführen 41 der Lagerringelemente 32-1, 32-2 bzw. 33-1, 33-2 das aktivierbare adhäsive Material 22 in den Aufnahmeraum 13 eingebracht worden ist, wobei das aktivierbare adhäsive Material 22 beim seinem Einbringen noch keine adhäsive Eigenschaft aufgewiesen hat. Erst bei der Aktivierung des aktivierbaren adhäsiven Materials 22 wird dann dessen klebende Eigenschaft aktiviert, wobei sich das aktivierte adhäsive Material in dem Aufnahmeraum 13 volumenmäßig derart ausdehnt, sodass ein adhäsiver Verbund des ersten Lagerringelements 32-1, 33-1 mit dem zweiten Lagerringelement 32-2, 33-2 in der achsnormalen Trennebene des Lagerrings 32 bzw. 33 bewirkt wird.
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Nachdem nach der Aktivierung des adhäsiven Materials 22 die stoffschlüssige Verbindung hergestellt ist, kann eine davor ausgeübte kraftschlüssige (Press- oder Schraub-)Verbindung u. U. auch wieder aufgelöst werden – je nach Anforderung an das Wälzlager bzw. dessen Lagerringe.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept wird also in einem der Lagerringe bzw. einer der Lagerringhälften an dessen Stirnseite beispielsweise eine flache Nut eingebracht, die mit einem von außen aktivierbaren adhäsiven Expansionsmaterial (Expansionsklebstoff) gefüllt werden kann, wobei die Klebstoffeinbringung pastös oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands erfolgen kann. Der Klebstoff wird vorausgehärtet, so dass er unter Umgebungsbedingungen (z. B. Raumtemperatur) zunächst eine feste Konsistenz, jedoch noch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist. Die beiden Lagerringe bzw. Lagerringhälften werden dann wie gewöhnlich gefügt und kraftschlüssig miteinander verbunden. Nachdem die Verbindung besteht, wird der Klebstoff aktiviert und somit zur volumenmäßigen Expansion gebracht. Daraufhin wachst der aktivierte Klebstoff im Volumen, füllt die Nut bzw. den Aufnahmeraum mehr oder weniger vollständig aus und bildet in einer Kontaktzone der beiden Fügepartner Adhäsion aus. Somit wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringen bzw. Lagerringhälften hergestellt. Die Volumenvergrößerung kann durch physikalisch oder chemisch wirkende (dem Klebstoff beigemischte) Treibmittel erzielt werden. Die Aktivierung des Klebstoffs kann beispielsweise durch das Aufbringen von Wärmeenergie, vorzugsweise Induktion, oder auch Ultraschall erfolgen. Mögliche Klebstoffe zur Realisierung der gegebenen Anforderungen sind beispielsweise Schmelzklebstoffe (Hotmelts), deren Aktivierung durch Temperaturerhöhung erfolgt. Weiterhin möglich sind Kontaktklebstoffe, deren Aktivierung durch Verdunstung des Lösungsmittels (am einfachsten durch Temperatur) erfolgt. Anaerob härtende Klebstoffe können durch Luftabschluss, Metall-Ionen und evtl. Temperatureinbringung aktiviert werden.
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Eine Einbringung des Klebstoffs erfolgt in trockenem, nicht klebendem Zustand. Dadurch kann eine Handhabung sehr vereinfacht werden. Der Klebstoff wird durch externe Aktivierung ausgelöst und füllt durch Expansion die dafür vorgesehenen Hohlräume aus. Der Klebstoff kann vorkonfektioniert (z. B. in Form von Bändern, etc.) werden. Dies vereinfacht eine Applikation des Klebstoffs.
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Da die Klebeflächen im Bereich der Nut liegen, werden die Fügeflächen (Stirnflächen) der kraftschlüssigen Verbindung in keiner Weise durch den Klebstoff beeinflusst.
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Eine notwendige Lageranstellung wird durch die Verbindung nicht beeinflusst, insbesondere in Bezug auf eine trennende oder abstandserhöhende Wirkung in der Trennfuge.
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Die eingangs beschriebene elastische Einfederung der Ringe unter Last kann durch die Klebung u. U. zwar nicht vollständig verhindert werden, jedoch erfolgt diese dann bei beiden Ringteilen synchron, sodass es zu keinen Relativbewegungen zwischen den Ringkomponenten kommt. Dadurch werden mögliche negative Effekte durch dieses Phänomen, wie z. B. Passungsrost, von vorneherein vermieden.
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Die Klebung liefert zusätzlich eine gewisse Dichtfunktion, sodass keine Medien durch die Passungsflächen zwischen den Ringkomponenten dringen können
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lagerringelement, Lagerringhälfte
- 11
- Mantelfläche
- 12
- Stirnseite
- 13
- Aufnahmeraum, Nut
- 21
- Lagerbohrung
- 22
- aktivierbares adhäsives Material
- 23
- Nut
- 24
- Stirnfläche, Fügefläche
- 30
- Wälzlager
- 31
- Wälzkörper
- 32
- Innenlagerring
- 32-1
- Innenlagerringhälfte
- 32-2
- Innenlagerringhälfte
- 33
- Außenlagerring
- 33-1
- Außenlagerringhälfte
- 33-2
- Außenlagerringhälfte
- 40
- Verbindungsverfahren
- 41
- Zusammenführungsschritt
- 42
- kraftschlüssiger Verbindungsschritt
- 43
- stoffschlüssiger Verbindungsschritt
