DE102011006020A1

DE102011006020A1 - Wälzlager mit mindestens einem Außenring und mindestens einem Innenring

Info

Publication number: DE102011006020A1
Application number: DE201110006020
Authority: DE
Inventors: Sven Lautner; Tsche-Hyun Park; Bernd Dehner; Markus Mantau; Thorsten Schlegel; Jürgen Döppling; Rainer Messerschmidt; Holger Grieser; Armin Necker; Andreas Klauda
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (10) mit mindestens einem Außenring (14) und mindestens einem Innenring (12), zwischen denen Wälzkörper (16) angeordnet sind, wobei zumindest einer dieser Lagerringe (12, 14) mindestens einen Hohlraum (26) aufweist. Gemäß der Erfindung ist mindestens eine Hohlraum (26) zumindest teilweise mit einer Substanz (30) befüllt, welche bei einer Änderung mindestens eines Umgebungsparameters einen irreversiblen Phasenwechsel vollzieht. Die im Hohlraum (26) enthaltene Substanz kann zum Beispiel durch ein aushärtbares duroplastisches Kunststoffmaterial (30) gebildet sein, das beispielsweise bei der einer Temperaturerhöhung einen Phasenübergang von flüssig nach fest durchläuft. Durch das Aushärten des duroplastischen Kunststoffmaterials (30) kann beispielsweise eine nach einer ersten Inbetriebnahme des Wälzlagers (10) erfolgte Anpassung des Außenrings (14) an eine vorgegebene Geometrie einer Lastzone (22) bzw. eines mittels des Wälzlagers (10) gelagerten Bauteils dauerhaft konserviert werden. Das Aushärten des duroplastischen Kunststoffmaterials (30) kann durch die beim Betrieb des Wälzlagers (10) üblicherweise freiwerdende Reibungswärme oder andere Mechanismen erfolgen. Darüber hinaus erlaubt das Wälzlager (10) eine zumindest teilweise Kompensation einer etwaigen Unwucht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit mindestens einem Außenring und mindestens einem Innenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei zumindest einer dieser Lagerringe mindestens einen Hohlraum aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 10 2004 015 176 A1 ist ein Lager mit einem Außenring und einem Innenring bekannt, zwischen denen kugelförmige Wälzkörper umlaufen. Ein Käfig gewährleistet gleich große Abstände zwischen den Wälzkörpern. Sowohl der Außenring als auch der Innenring weisen einen umlaufenden Hohlraum mit einer näherungsweise rechteckförmigen Querschnittsgeometrie auf. Um die Lagertemperatur zu reduzieren, ist der mindestens eine Hohlraum mit Öl oder mit einem Metall, wie zum Beispiel Natrium, gefüllt. Während des Betriebs des Lagers erwärmt sich dieses auf über 100°C, wodurch das Natrium in den Hohlräumen einen reversiblen Phasenwechsel von fest nach flüssig durchläuft. Aufgrund der sehr guten Wärmeleitfähigkeit des Natriums wird beispielsweise Wärme im Bereich des Innenrings schnell in radialer Richtung nach außen transportiert und kann zum Beispiel an ein Lagergehäuse abgegeben werden. Die natriumgefüllten Hohlräume in den Lagerringen wirken im Ergebnis wie eine klassische ”Heat pipe”. Der Bereich der Wälzkörper, in den das Schmierfett eingebracht ist, kann somit auf effektive Weise heruntergekühlt werden, so dass eine thermische Schädigung bzw. Zersetzung des Schmierfettes vermieden wird. Dies ermöglicht es, die Einsatzzeit des Lagers, insbesondere unter extremen Umgebungsbedingungen, wie sie zum Beispiel in Industriebacköfen vorherrschen, beträchtlich zu steigern. Die gefüllten Hohlräume haben primär eine Wärmeableitungsfunktion, um die Standzeit des Lagers in Hochtemperaturanwendungen zu verbessern.
Die DE 10 2005 019 482 A1 zeigt ein leichtgewichtiges Kegelrollenlager mit einer Vielzahl von zwischen einem Außenring und einem Innenring aufgenommenen und von einem Käfig auf Distanz zueinander gehaltenen Wälzkörpern. Sowohl der Außenring als auch der Innenring sind aus einem Blechteil unter Schaffung jeweils eines umlaufenden Hohlraums gebildet. Eine Querschnittsgeometrie der Ringe weist eine derartige Formgebung auf, dass eine axiale Lagesicherung der Wälzkörper gegeben ist. Jeweils zwei Endabschnitte eines Blechteils sind stoffschlüssig unter Schaffung einer umlaufenden Fügenaht, insbesondere durch Schweißen oder Löten, zur Ausbildung eines hermetisch dichten Hohlraums zusammengefügt. Die durch Umformprozesse hergestellten Ringe weisen eine annähernd gleiche Wandstärke in allen Bereichen auf. Jeder Hohlraum ist bevorzugt vollständig mit einer Füllung versehen, die aus einem Metallpulver oder mit einem Kunststoffgranulat bzw. einem Kunststoffpulver gebildet sein kann. Die Füllung dient insbesondere zur Erhöhung der Lasttragfähigkeit des Kegelrollenlagers und wird durch eine Einfüllöffnung eingebracht, die im Anschluss wieder verschlossen wird. Um eine weitere Steigerung der Lasttragfähigkeit bei einem dennoch geringem Gewicht des Lagers zu erreichen, wird ein Metallpulver in die Hohlräume der Ringe eingebracht, das beim Härtevorgang des Kegelrollenlagers zu einer formstabilen und mechanisch hochbelastbaren, schaumartigen Raumanordnung gesintert werden kann. Die Hohlräume dienen in Verbindung mit der Füllung vorrangig zur Sicherstellung einer möglichst geringen Masse des Lagers bei einer zugleich hinreichenden Lasttragfähigkeit.
Aus der DE 2 021 156 A ist ferner ein selbstkühlendes Antifriktionslager bekannt. Im Fall einer Ausführungsvariante des vorbekannten Lagers ist sowohl der Innenring als auch der Außenring des Wälzlagers hohl ausgebildet und mit einem verflüssigbaren Kühlmittel, wie zum Beispiel Natrium gefüllt, das bei einem Temperaturanstieg der Lagertemperatur einen Phasenwechsel bzw. einen Wechsel des Aggregatzustandes durchläuft. Infolge der Verflüssigung des anfänglich festen Natriums ergibt sich in Verbindung mit der hohen Wärmleitfähigkeit des Natriums ein ausgezeichneter Kühleffekt im Inneren des Lagers. Sowohl eine Stirnseite des Innenrings als auch eine Stirnseite des Außenrings sind zusätzlich mit axial nach außen weisenden Kühlrippen versehen, um die Wärmeableitung zu unterstützen und somit im Ergebnis die Lebensdauer des Antifriktionslagers weiter zu erhöhen. Die natriumgefüllten Hohlräume in den Lagerringen dienen insbesondere zur Abfuhr der vor allem bei hohen Drehzahlen und/oder mechanischen Lasten auftretenden Reibungswärme.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager mit mindestens einem Innenring und einem Außenring sowie einer Vielzahl von dazwischen aufgenommenen Wälzkörpern anzugeben, das unter anderem beim erstmaligen Betrieb des Wälzlagers eine selbsttätige Anpassung eines Profils mindestens eines Lagerringes an eine Lastzone erlaubt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Wälzlager mit mindestens einem Außenring und mindestens einem Innenring, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, wobei zumindest einer dieser Lagerringe mindestens einen Hohlraum aufweist. Zur Lösung der Aufgabe ist außerdem vorgesehen, dass der mindestens eine Hohlraum zumindest teilweise mit einer Substanz befüllt ist, die bei einer Änderung mindestens eines Umgebungsparameters einen irreversiblen Phasenwechsel vollzieht.
Dadurch, dass der mindestens eine Hohlraum zumindest teilweise mit einer Substanz befüllt ist, die bei einer Änderung mindestens eines Umgebungsparameters, insbesondere einer Wälzlagertemperatur, einen irreversiblen Phasenwechsel vollzieht, kann sich das erfindungsgemäße Wälzlager in einer kurzen Einlaufzeitspanne an eine vorgegebene Lastzone, wie zum Beispiel einen Lagersitz anpassen, um eine bessere, das heißt insbesondere gleichmäßigere Lastverteilung am Lager zu erreichen. Sobald diese geometrische Anpassung des jeweiligen Lagerringes an die Lastzone abgeschlossen ist und die Lagertemperatur die Phasenwechseltemperatur des Füllmaterials überschritten hat, härtet dieses beispielsweise aus und fixiert so die an die Lastzone angepasste Lagerringgeometrie.
Bei der in die Hohlräume der Lagerringe eingebrachten Substanz kann es sich beispielsweise um ein aushärtbares Kunstharz handeln, das einen irreversiblen Phasenwechsel vollziehen kann, das heißt insbesondere von einem flüssigen Aggregatzustand in einen dauerhaft festen Endzustand übergehen kann.
Darüber hinaus kann die Substanz auch einen Phasenwechsel von fest nach gasförmig vollziehen, wie es zum Beispiel bei Trockeneis bzw. gefrorenem CO₂ der Fall ist, um zum Beispiel durch die Erhöhung des Gasdrucks im Hohlraum des Außen- bzw. Innenrings eine an die in der Lastzone des Wälzlagers herrschenden Kräfteverhältnisse angepasste Änderung der Lagerringgeometrie herbeizuführen. Weitere Phasenwechsel zwischen fest, flüssig, gasförmig oder plasmaförmig sind gleichfalls möglich.
Zumindest der Innen- bzw. der Außenring, der über einen Hohlraum verfügt, wird vorzugsweise mittels eines plastischen Umformprozesses insbesondere aus einem rohrförmigen Blechmaterial geringer Wanddicke hergestellt, wobei gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Hohlraum mit einer näherungsweise rechteckförmigen Querschnittsgeometrie ausgebildet wird. Die beiden Enden des umgeformten Rohres werden nach der Beendigung des Umformprozesses stoffschlüssig, beispielsweise durch Lichtbogen-, Laser- oder Elektronenstrahlschweißen, unter Schaffung einer kreisförmig umlaufenden Fügenaht zusammengefügt. Im Anschluss daran wird eine Einfüllöffnung in den betreffenden Innen- bzw. Außenring eingebracht, die zum Einfüllen der Substanz dient und die nach Beendigung des Einfüllvorgangs hermetisch dicht verschlossen wird. Alternativ dazu kann die Einfüllöffnung auch vor dem Umformprozess in dem Blechmaterial ausgebildet werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Wälzlagers sieht vor, dass die Substanz aus einem duroplastischen Kunststoffmaterial gebildet ist. Als duroplastische Kunststoffmaterialien kommen zum Beispiel Epoxydharze, BMI-Harzsysteme (Bismaleimid-Harzsysteme) oder Polyesterharze in Betracht, die mittels geeigneter Aushärtemechanismen von einem flüssigen in einen ausgehärteten und mechanisch hochbelastbaren Zustand überführbar sind. Alternativ dazu kann der Hohlraum auch mit einem Schaumkunststoff befüllt sein, der bei einer vorbestimmten Änderung eines Umgebungsparameters des Wälzlagers vollständig aushärtet. Dies ermöglicht es, das in den hermetisch abgeschlossenen Hohlräumen der Lagerringe befindliche duroplastische Material auf einfache Art und Weise, insbesondere durch Wärmezufuhr, auszuhärten und hierdurch zu verfestigen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Lagerring an eine Lastzone des Wälzlagers, sozusagen während des Betriebs, dauerhaft anpassbar ist, wobei das anfänglich flüssige Kunststoffmaterial insbesondere zum dauerhaften Vergleichmäßigen einer Lastverteilung aushärtbar und verfestigbar ist.
Bei diesem Anpassungsvorgangs, der bevorzugt im Zuge einer Erstinbetriebnahme des Wälzlagers erfolgt, kann sich zum Beispiel der Außenring des Wälzlagers selbsttätig an eine vorgegebene Lastzone, wie zum Beispiel einen Lagersitz in einem Maschinengehäuse oder dergleichen, geometrisch anpassen. Dieser Anpassungsvorgang führt zu einer beträchtlichen Erhöhung der Tragfähigkeit und der Standzeit des Wälzlagers.
Die Anpassung an eine gegebene Lastzone, zum Beispiel in Gestalt eines Lagersitzes in einem Bauteil, erfolgt bevorzugt durch eine plastische bzw. duktile Verformung des Außenrings, mit der im allgemeinen eine Änderung der Querschnittsgeometrie des Hohlraums einhergeht. Es kann in diesem Zusammenhang von einem ”Setzungsprozess” des Außen- bzw. des Innenrings gesprochen werden, der durch das Aushärten des in den zumindest einen Lagerring eingebrachten Füllmaterials geometrisch fixiert ist. Demzufolge kann eine Basisausführung des Wälzlagers universell in einer Vielzahl unterschiedlicher Applikationen eingesetzt werden, wodurch sich der Fertigungs- und der Lagerhaltungsaufwand und die damit verbundenen Kosten erheblich verringern.
Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Wälzlagers ist vorgesehen, dass das duroplastische Kunststoffmaterial insbesondere durch eine Erhöhung der Wälzlagertemperatur durch Reibungswärme, insbesondere bei einer Erstinbetriebnahme des Wälzlagers, aushärtbar und verfestigbar ist. Hierdurch ist das Aushärten des in den mindestens einen Hohlraum des Lagerringes eingebrachten duroplastischen Kunststoffmaterials durch die Wirkung der beim normalen Betrieb eines Wälzlagers üblicherweise entstehenden Reibungswärme möglich.
Aufgrund des Merkmals, dass sich das duroplastische Kunststoffmaterial in einem hermetisch abgeschlossenen Hohlraum im Außen- und/oder im Innenring des Wälzlagers befindet und dieser als Abschirmung wirkt, scheiden alternative Aushärtetechniken, wie zum Beispiel eine Härtung durch UV-Licht oder Mikrowellenstrahlung, in aller Regel aus. Alternativ kann die für den Aushärtevorgang notwendige Wärme jedoch extern und örtlich begrenzt, zum Beispiel durch eine elektrische (Widerstands-)Heizeinrichtung und/oder durch Infrarotstrahlung punktgenau zugeführt werden.
Um die mechanische Belastbarkeit der ausgehärteten und verfestigten Substanz in dem Hohlraum des zumindest einen Lagerringes weiter zu steigern, ist diese gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel mit einer geeigneten Armierung versehen sein. Als Armierung kommen beispielsweise organische und/oder anorganische Verstärkungsfaserabschnitte und/oder kleine Füllkörper mit unterschiedlichen Raumformen (z. B. ”Microballons”) in betracht.
Durch die geeignete Wahl einer Armierung lässt sich darüber hinaus auch eine definierte Volumenänderung der eingefüllten Substanz bzw. des duroplastischen Kunststoffmaterials während des Aushärtevorgangs einstellen. Zum Beispiel kann eine Armierung das unter Umständen unerwünschte Schrumpfen eines duroplastischen Kunststoffmaterials während des Aushärtevorgangs zumindest teilweise kompensieren. Eine definierte Volumenvergrößerung des duroplastischen Kunststoffmaterials während des Aushärteprozesses kann hingegen durchaus erwünscht sein, um beispielsweise die Anpassung der Querschnittsgeometrie des Außen- bzw. des Innenrings an eine vorgegebene Lastzone durch eine Vergrößerung der Querschnittsgeometrie zu unterstützen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Wälzlagers ist zum zumindest teilweisen Kompensieren einer etwaigen Unwucht eines mittels des Wälzlagers gelagerten Bauteils der mindestens eine Hohlraum des wenigstens einen Lagerringes nur teilweise mit der Substanz bzw. mit dem duroplastischen Kunststoffmaterial befüllt.
Bei einer erstmaligen Inbetriebnahme des Wälzlagers kann die eingefüllte Substanz bzw. das noch dünnflüssige duroplastische Kunststoffmaterial aufgrund der auftretenden Fliehkräfte in Verbindung mit den durch die Unwucht induzierten Beschleunigungskräften gegebenenfalls selbsttätig in diejenigen Bereiche des Lagerringhohlraums befördert werden, die zu einem möglichst effektiven Ausgleich der Unwucht führen. Aufgrund der während des Betriebs des Wälzlagers entstehenden Reibungswärme härtet die Substanz bzw. das duroplastische Kunststoffmaterial dann in den betreffenden Bereichen des Außen- und/oder des Innenrings aus, wodurch eine dauerhafte Beseitigung der etwaig vorhandenen Unwucht erreicht wird.
Es kann darüber hinaus erforderlich sein, das duroplastische Kunststoffmaterial im ruhenden, das heißt sich nicht drehenden Wälzlager auszuhärten, wobei dieses zunächst in eine Winkelposition zu verdrehen ist, in der das Kunststoffmaterial in einen Abschnitt des Hohlraums fließt, der eine optimale Kompensation der Unwucht des mittels des Wälzlagers gelagerten Bauteils bewirkt.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des Wälzlagers ist vorgesehen, dass eine Materialstärke der Lagerringe zumindest bereichsweise konstant ist. Hierdurch wird die Verwendung einer ebenen Blechtafel oder eines dünnwandigen Rohres als Ausgangskörper zur Herstellung des mindestens einen Innen- und/oder Außenrings des Wälzlagers durch einen geeigneten Umformprozess ermöglicht. Eine bevorzugte Materialstärke der zur Herstellung der Lagerringe eingesetzten Metallbleche bzw. Rohre liegt in einem Bereich zwischen 0,2 mm und 3,0 mm.
Eine Legierungszusammensetzung der Ausgangsmaterialien sollte so beschaffen sein, dass die Herstellung des Außen- bzw. des Innenrings mit dem Hohlraum mit einem vertretbaren Fertigungsaufwand möglich ist und gleichzeitig die Anpassung des betreffenden Lagerrings an eine gegebene Lastzone durch eine Änderung der Querschnittsgeometrie (Querschnittsprofil) des Lagerrings keine zu hohen mechanischen Kräfte erfordert. Darüber hinaus muss die zur Herstellung der Lagerringe eingesetzte Metalllegierung in Verbindung mit der genannten Substanz bzw. dem ausgehärteten duroplastischen Kunststoffmaterial eine für den Anwendungsfall hinreichende Lasttragfähigkeit ergeben.
Um den plastischen Anpassungsvorgang der Lagerringe an eine Lastzone zu unterstützen, die in der Regel eine mehr oder minder starke Änderung der Querschnittsgeometrie der Ringe nach sich zieht, kann die Materialstärke zumindest bereichsweise reduziert sein, um dort eine Solldeformationszone auszubilden. Die Solldeformationszone kann alternativ auch durch mindestens eine Sicke, Ausbeulung, Falte oder einer anderen geeigneten dreidimensionalen Raumform gebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung weiter erläutert. Darin zeigt
1 eine vereinfachte Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wälzlagers,
2 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes II aus der 1 mit dem Wälzlager vor dem Aushärten des duroplastischen Kunststoffmaterials, und
3 eine Schnittdarstellung des Wälzlagers nach 2 mit ausgehärtetem duroplastischen Kunststoffmaterial.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Ein erfindungsgemäßes Wälzlager 10 umfasst nach 1 unter anderem einen Innenring 12 und einen Außenring 14, zwischen denen eine Vielzahl von hier kugelförmigen Wälzkörpern 16 aufgenommen ist. Unter anderem zur Sicherstellung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen den Wälzkörpern 16 kann ein hier nicht dargestellter Käfig vorgesehen sein. Sowohl der Innenring 12 als auch der Außenring 14 verfügen jeweils über eine leicht konkave Lauffläche 18, 20 zur axialen Führung der Wälzkörper 16 sowie zur Vergrößerung einer Kontaktzone zwischen den Wälzkörpern 16 und den beiden Lagerringen 12, 14. Der Außenring 14 stützt sich an einer Lastzone 22 eines nicht näher dargestellten Bauteils oder Gehäuses ab, während der Innenring 12 über zylindrische Bohrung 24 aufweist, die hier exemplarisch als ein Sitz für eine lediglich mit gestrichelten Linien angedeutete Welle dient.
Der Außenring 14 verfügt über einen hermetisch abgeschlossenen Hohlraum 26 mit einer näherungsweise rechteckförmigen Querschnittsgeometrie, der mit einer Substanz gefüllt ist, die bei der Änderung mindestens eines Umgebungsparameters des Wälzlagers 10 ihren Aggregatzustand ändert bzw. einen Phasenwechsel vollzieht. Zur Befüllung des Hohlraums 26 dient mindestens eine Füllöffnung 28, die nach dem Füllvorgang hermetisch dicht verschlossen wird.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 ist der Hohlraum 26 vollständig mit einem duroplastischen Kunststoffmaterial 30, wie zum Beispiel einem Epoxydharz, einem Polyesterharz oder einem BMI-Harz gefüllt. Das duroplastische Kunststoffmaterial 30 vollzieht bei einer Änderung mindestens eines Umgebungsparameters, hier insbesondere bei einer Erhöhung der Wälzlagertemperatur über einen bestimmten Grenzwert hinweg, einen irreversiblen Phasenwechsel von flüssig nach fest. Die Temperaturerhöhung wird vorzugsweise durch die beim Betrieb des Wälzlagers 10 freiwerdende Reibungswärme bewirkt. Alternativ dazu kann der Hohlraum 26 auch mit anderen Substanzen, die einen Phasenwechsel bei der Änderung mindestens eines Umgebungsparameters zeigen, zumindest teilweise befüllt werden. Beispielsweise kann der Hohlraum 26 mit Kohlendioxid-Eis gefüllt sein, das bei einer Erhöhung der Wälzlagertemperatur vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht und hierdurch eine Erhöhung des Gasdrucks im Hohlraum 26 bewirkt.
Das duroplastische Kunststoffmaterial 30 kann mit einer Armierung, zum Beispiel in der Form von Faserabschnitten, Kügelchen oder anderen Raumformen versetzt sein, um dessen mechanische Festigkeit zu erhöhen und um gegebenenfalls während des Aushärteprozesses auftretende Volumenänderungen des Kunststoffmaterials 30 zumindest teilweise zu kompensieren.
Der Außenring 14 ist vorzugsweise aus einem dünnwandigen Rohr durch einen geeigneten Umformprozess gefertigt. Alternativ dazu kann auch eine ebene Blechtafel als Ausgangsmaterial dienen, die jedoch eine größere Anzahl von Umformschritten erfordert. Eine nicht bezeichnete Materialstärke des Außenrings 14 ist hier annähernd konstant und liegt ein einem Bereich zwischen 0,2 mm und 3,0 mm. Hiervon abweichende Maße können in Abhängigkeit von den Lastverhältnissen am Wälzlager 10 notwendig sein. Die zusammengebogenen Enden des Rohres bzw. der Blechtafel sind vorzugsweise stoffschlüssig unter Schaffung einer nicht dargestellten Fügenaht verbunden. Das stoffschlüssige Fügen kann zum Beispiel mittels Lichtbogenschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder anderer thermischer Fügeverfahren erfolgen. Die Einfüllöffnung 28 kann im Anschluss an die Herstellung der Fügenaht oder vorab in den vorgeformten Außenring 14 eingebracht werden. Abweichend von der hier exemplarisch dargestellten rechteckförmigen Querschnittsgeometrie des Hohlraums 26 kann dieser jede mehreckige Querschnittsgeometrie mit mindestens einer gekrümmten Begrenzungslinie aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann auch der Innenring 12 einen Hohlraum aufweisen, der mit einer entsprechenden Substanz zumindest teilweise befüllt ist. Für den Fall, dass wie in der 1 lediglich exemplarisch dargestellt, der Innenring 12 keinen Hohlraum aufweist, kann der Innenring 12 in bekannter Weise z. B. aus einem Rohrabschnitt mit einer hinreichend großen Wandstärke gefertigt werden.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Zeichnungsausschnittes II aus der 1, bei der sich das duroplastische Kunststoffmaterial 30 im Hohlraum 26 noch in der flüssigen Phase befindet.
Zwischen dem Innenring 12 und dem Außenring 14 befindet sich die Wälzkörper 16. Der Hohlraum 26 ist vollständig mit dem duroplastischen Kunststoffmaterial 30 gefüllt und die Einfüllöffnung 28 ist hermetisch versiegelt, um einen Austritt des Kunststoffmaterials 30 bzw. das Eindringen von unter Umständen korrosiven Medien in den Hohlraum 26 zu verhindern. Zwischen einer nicht bezeichneten äußeren Umfangsfläche des Außenrings 14 und der Lastzone 22 bzw. einem mittels des Wälzlagers 10 gelagerten Bauteil besteht eine keilförmige Kavität 40, wodurch keine vollflächige Anlage der Lastzone 22 am Außenring 14 gegeben ist.
Um diese, insbesondere im Hinblick auf eine gleichmäßige Lastverteilung zwischen der Lastzone 22 und dem Außenring 14 nachteilige Situation zu ändern, wird das Wälzlager 10 zunächst in der beabsichtigten Einbaulage in Betrieb genommen und hierbei mit einer mechanischen Kraft 42 belastet. Infolge dieser Krafteinwirkung auf den Außenring 14 kommt es zu einer, wenn auch geringfügigen plastischen Deformation der Querschnittsgeometrie des Hohlraums 26, die mit einem Setzungsprozess vergleichbar ist. Zur Unterstützung des bevorzugt plastischen Umformvorgangs kann der Außenring 14 mit einer metallischen Legierungszusammensetzung aufgebaut sein, die einen nicht zu großen Krafteinsatz für diesen Vorgang erfordert.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung des Wälzlagers gemäß 2 nach vollständiger Anpassung des Außenrings 14 an die Lastzone 22 und einem vollzogenen Phasenwechsel des duroplastischen Kunststoffmaterials 30.
Die Wälzkörper 16 sind wiederum zwischen dem Innenring 12 und dem Außenring 14 des Wälzlagers 10 aufgenommen. Im Hohlraum 26 mit der versiegelten Einfüllöffnung 28 befindet sich das vollständig durchgehärtete duroplastische Kunststoffmaterial 30. Im Unterschied zur Darstellung nach 2 hat sich aufgrund der Einwirkung der mechanischen Kraft 42 die Kavität geschlossen, so dass die Lastzone 22 nunmehr vollflächig an der nicht bezeichneten äußeren Umfangsfläche des Außenrings 14 anliegt und sich eine optimale Lastverteilung einstellt (”loadbalancing effect”). Während dieses Anpassungsvorganges kommt es zu einer, wenn auch geringfügigen plastischen Verformung des Außenrings 14, in dessen Folge sich die Querschnittsgeometrie des Hohlraums 26 an die gegebenen Lastverhältnisse angleicht. Hierbei kann, insbesondere in einer linksseitigen Stirnseite 44 des Außenrings 14, eine kleine Ausbeulung 46 entstehen, während eine rechtsseitige Stirnseite 48 weitgehend unverändert bleibt.
Zur Unterstützung dieser Änderung der Querschnittsgeometrie kann der Außenring 14, insbesondere im Bereich seiner beiden Stirnseiten 44, 48 bereits herstellerseitig mit einer solchen Ausbeulung bzw. mit mindestens einer Sicke oder Faltung versehen sein, die eine Solldeformationszone bildet. Ergänzend oder alternativ dazu kann im Bereich der zu erwartenden größten Deformation eine Materialstärke des Innen- bzw. des Außenrings 12, 14 zumindest bereichsweise verringert sein.
Vor diesem im Idealfall selbsttätigen Anpassungsprozess des Wälzlagers 10 im Zuge einer ersten Inbetriebnahme entsprach die anfängliche Querschnittsgeometrie des Hohlraums 26 (vergleiche 2) näherungsweise einem Rechteck mit einer leicht konkaven unterseitigen Einbuchtung zur Ausbildung der unteren Lauffläche 20 für die Wälzkörper 16. Nach dem Abschluss des Adaptionsprozesses des Wälzlagers 10 an die Lastzone 22 bleibt die Querschnittsgeometrie des Hohlraums 26 im Wesentlichen – bis auf eine leicht schräg nach oben verlaufende, nicht bezeichnete äußere Umfangsfläche des Außenrings 14 unverändert.
Aufgrund der beim Betrieb des Wälzlagers 10 üblicherweise auftretenden Reibungswärme härtet das im Hohlraum 26 befindliche duroplastische Kunststoffmaterial 30 während des Anpassungsvorgangs aus, so dass der in 3 erreichte Zustand unabhängig von den zukünftigen Betriebsbedingungen des Wälzlagers 10 dauerhaft konserviert wird.
Handelt es sich bei der durch die Kraft 42 hervorgerufenen Geometrieänderung des Hohlraums 26 hingegen um eine elastische Verformung, ist es erforderlich, die Kraft 42 bis zum vollständigen Aushärten, das heißt bis zum Vollzug des Phasenwechsels des Kunststoffmaterials 30 am Außenring 14 anliegen zu lassen. Das ausgehärtete Kunststoffmaterial 30 verhindert dann ein Zurückkehren des Außenrings 14 in die Ausgangsgeometrie vor dem Anpassungsvorgang.
Die vorstehend erläuterte, bevorzugt plastische Umformung des Außenrings 14 kann beispielsweise auch durch Kohlendioxid-Eis bewirkt werden, dass in den Hohlraum 26 des Außenring 14 zumindest teilweise eingebracht wird. Im Fall einer Temperaturerhöhung, zum Beispiel durch die beim Betrieb des Wälzlagers 10 entstehende Reibungswärme, geht das feste Kohlendioxid-Eis in die gasförmige Phase über, wodurch sich eine starke Druckerhöhung im Hohlraum 26 einstellt, die zumindest in Verbindung mit der äußeren mechanischen Kraft 42 eine duktile Verformung zur Anpassung des Außenrings 14 an eine vorgegebene Lastzone 22 unterstützen kann.
Ferner kann der Hohlraum 26 des Wälzlagers 10 mit dem darin befindlichen, anfangs noch flüssigen und aushärtbaren duroplastischen Kunststoffmaterial 30 zur zumindest teilweisen Kompensation einer Unwucht zwischen dem Wälzlager 10 und einem Bauteil bzw. der dieses symbolisch repräsentierenden Lastzone 22 herangezogen werden.
Um ein Auswuchten zu erreichen, wird der Hohlraum 26 nur teilweise mit dem aushärtbaren duroplastischen Kunststoffmaterial 30 befüllt und die Einfüllöffnung 28 anschließend hermetisch versiegelt. Zum zumindest teilweisen Ausgleich der Unwucht wird der Außenring 14 des Wälzlagers 10 dann in eine derartige Winkelposition verdreht, dass sich das in diesem Zustand fließfähige Kunststoffmaterial 30 in einem Bereich des Wälzlagers 10 befindet, der eine möglichst effektive Kompensation der Unwucht ermöglicht. Dieser Bereich liegt üblicherweise diametral gegenüber einer, die Unwucht hervorrufenden Massekonzentration des mit Hilfe des Wälzlagers 10 gelagerten, hier nicht näher dargestellten Bauteils, das durch die Lastzone 22 repräsentiert ist. Abschließend wird das im Hohlraum 26 befindliche duroplastische Kunststoffmaterial 30 mittels konventioneller Techniken ausgehärtet, um einen dauerhaften Ausgleich der Unwucht zu ermöglichen. Das Aushärten des duroplastischen Kunststoffmaterials 30 kann zum Beispiel durch eine lokale bzw. möglichst punktuelle Erwärmung des Außenrings 14 mittels einer elektrischen Widerstandsheizung und/oder mittels eines Infrarotstrahlers oder dergleichen erfolgen.
Bezugszeichenliste

10: Wälzlager
12: Innenring, Lagerring
14: Außenring, Lagerring
16: Wälzkörper
18: Lauffläche am Innenring
20: Lauffläche am Außenring
22: Lastzone
24: Bohrung
26: Hohlraum
28: Einfüllöffnung
30: Substanz, duroplastisches Kunststoffmaterial
40: Kavität
42: Kraft F
44: Stirnseite am Außenring
46: Ausbeulung
48: Stirnseite am Außenring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004015176 A1 [0002]
DE 102005019482 A1 [0003]
DE 2021156 A [0004]

Claims

Wälzlager (10) mit mindestens einem Außenring (14) und mindestens einem Innenring (12), zwischen denen Wälzkörper (16) angeordnet sind, wobei zumindest einer dieser Lagerringe (12, 14) mindestens einen Hohlraum (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum (26) zumindest teilweise mit einer Substanz (30) befüllt ist, die bei einer Änderung mindestens eines Umgebungsparameters einen irreversiblen Phasenwechsel vollzieht.
Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz eine solche ist, die den irreversiblen Phasenwechsel in Abhängigkeit von ihrer Temperatur vollzieht.
Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz (30) ein duroplastisches Kunststoffmaterial ist.
Wälzlager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lagerring (12, 14) an eine Lastzone (22) anpassbar ausgebildet ist, wobei das anfänglich flüssige duroplastische Kunststoffmaterial (30) zum dauerhaften Vergleichmäßigen einer Lastverteilung aushärtbar und verfestigbar ist.
Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das duroplastische Kunststoffmaterial (30) durch eine Erhöhung der Wälzlagertemperatur durch Reibungswärme beim erstmaligen Betrieb des Wälzlagers (10) aushärtbar und verfestigbar ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den zumindest einen Lagerring (12, 14) eingefüllte Substanz (30) zu dessen Armierung mit organischen und/oder anorganischen Verstärkungsfaserabschnitten und/oder kleinen Füllkörpern mit unterschiedlichen Raumformen versetzt ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum zumindest teilweisen Kompensieren einer etwaigen Unwucht eines mittels des Wälzlagers (10) gelagerten Bauteils der mindestens eine Hohlraum (26) mindestens eines Lagerrings (12, 14) nur teilweise mit dem duroplastischen Kunststoffmaterial (30) befüllt ist.
Wälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialstärke der Lageringe (12, 14) zumindest bereichsweise konstant ist.