DE102011082809A1

DE102011082809A1 - Verbindungskonzept für einen geteilten Lagerkäfig

Info

Publication number: DE102011082809A1
Application number: DE102011082809A
Authority: DE
Inventors: Josef Stork; Bernd Eich
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-17
Also published as: CN103032471A; US20130243358A1; DE102011082809B4; JP2013064502A; US8840315B2

Abstract

Ein Lagerkäfig (10) für ein Wälzlager, wobei der Lagerkäfig in Umfangsrichtung an wenigstens einer Trennstelle (11-1; 11-2) zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerkäfigabschnitt (12-1; 12-2) geschlitzt ausgebildet ist, wobei auf einander zugewandten Begrenzungsflächen (13-1; 13-2) der Trennstelle zwischen dem ersten und zweiten Lagerkäfigabschnitt (12-1; 12-2) wenigstens ein Paar aus einem Vorsprung (14) und einer dazu korrespondierenden Ausnehmung (15) eingeformt ist, um die Begrenzungsflächen (13-1; 13-2) beim Ineinandergreifen von Vorsprung (14) und Ausnehmung (15) in drei Richtungen zueinander zu fixieren, und wobei eine Hauptachse (17-1; 17-2) von Vorsprung (14) und Ausnehmung (15) in einem Winkel (α) schräg zur Rotationsachse (16) des Lagerkäfigs (16) verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen geschlitzten Lagerkäfig, insbesondere für Wälzlager, und die Herstellung eines solchen Lagerkäfigs.
Lagerkäfige für Wälzlager bestehen im Allgemeinen aus zwei in einem axialen Abstand angeordneten Seitenringen und mehreren, diese Seitenringe verbindenden und in einer Umfangsrichtung des Lagerkäfigs hintereinander angeordneten Stegen, welche paarweise Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern bilden. Ein Lagerkäfig hält die Wälzkörper mittels der dafür vorgesehenen Taschen auf Abstand zueinander und verhindert eine unmittelbare Berührung benachbarter Wälzkörper, wodurch Reibung und damit Wärmeentwicklung im Lager typischerweise verringert werden kann. Er sorgt außerdem für eine gleichmäßige Verteilung der Wälzkörper über einen gesamten Umfang des Käfigs bzw. Wälzlagers und ermöglicht so eine gleichmäßige Lastverteilung sowie einen ruhigen und gleichmäßigen Lauf.
Wälzlagerkäfige werden im Betrieb durch Reibungs-, Zerr- und Trägheitskräfte mechanisch stark beansprucht, weshalb sie im Allgemeinen einstückig aufgebaut sind. Typischerweise umfassen Wälzlagerkäfige gepresste Käfige und Massivkäfige. Gepresste Käfige für Wälzlager werden meist aus Stahlblech, in einigen Fällen auch aus Messingblech gefertigt. Massivkäfige für Wälzlager können beispielsweise aus Messing, Stahl, Aluminium, Polymeren oder Phenolharz hergestellt sein.
Für die Entwicklung effizienterer Verbrennungsmotoren wird die Möglichkeit untersucht, die dort zur Lagerung von Kurbelwellen und Pleuel verwendeten Gleitlager durch Wälzlager zu ersetzen, da hierdurch erhebliche Reibungsreduzierungen zu erzielen sind. Da Kurbelwellen jedoch prinzipiell abgewinkelt aufgebaut sind, existieren zwei Möglichkeiten Wälzlager zu montieren. Zum einen können die Lager axial montiert werden, wenn die Kurbelwelle aus Einzelteilen aufgebaut ist. Andererseits können die Lager (und zwar Lagerringe und Käfig) entlang einer Ebene radial geteilt und über die Wellenzapfen montiert werden. Da der Aufbau von Kurbelwellen aus Einzelstücken generell sehr aufwendig und mit hohen Kosten verbunden ist, wird im Normalfall gefordert, geteilte Wälzlager mit ebenfalls geteilten Käfigen zu entwickeln und zu liefern.
Aus der Vergangenheit sind sowohl Motoren für Rennanwendungen als auch Flugmotoren bekannt, in denen Wälzlager zur Anwendung gelangten. Aus diesen Fällen konnten die Erkenntnisse gezogen werden, dass speziell in Pleuellageranwendungen die auftretenden Kräfte die Ausführung der Käfige in einteiliger Konstruktion forderten. Dies resultiert in der Anforderung, radial geteilte Käfige zu konstruieren, die nach der Montage durch sogenannte Schlösser verbunden werden können, um ihre Funktion als einteilige Käfige zu erfüllen.
Geteilte oder geschlitzte Wälzlagerkäfige weisen an einer Trennstelle bzw. -fuge in Umfangsrichtung einen durchgehenden Schlitz auf. Die die Trennstelle begrenzenden Käfigbzw. Seitenringenden werden dabei durch Stege (Umfangsstege) gebildet, welche zueinander korrespondierende Vorsprünge und Ausnehmungen aufweisen, um die Käfigenden beispielsweise mittels einer Schnappverbindung miteinander zu fixieren bzw. zu koppeln. Derartige geschlitzte Wälzkörperkäfige, bei denen ein an den Käfigenden angebrachtes so genanntes Schloss die Käfigenden festlegt bzw. fixiert, können vielseitig eingesetzt werden, wie z.B. bei der Lagerung von Ausgleichswellen oder zur Lagerung von Zahnrädern auf Wellen in schaltgetriebenen Kraftfahrzeugen.
Aus der Literatur und vom Stand der Technik her sind für Käfigverbindung oder Käfigschlösser unterschiedliche Ausführungen bekannt. Diese sind bisher hauptsächlich für Anwendungen in Automobilgetrieben entwickelt und in erster Linie zur Montageerleichterung verwendet worden. In diesen Anwendungen sind die auftretenden Kräfte jedoch relativ gering, d.h., nach der Montage werden die Käfigschlösser nur gering belastet. Auch werden in erster Linie elastische Käfige, z.B. aus entsprechenden Polymeren, mit nur einer Verbindungsstelle verwendet, die zur Montage aufgebogen wird anschließend durch das Schloss wieder verbunden wird. Dadurch sind die Anforderungen bezüglich Positionierung und Kraftaufnahme wesentlich geringer als in den neueren Anwendungen in Verbrennungsmotoren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik hinsichtlich geteilter Lagerkäfige weiterzubilden, und ein verbessertes Konzept für einen geteilten Lagerkäfig sowie für dessen Herstellung bereitzustellen.
Es ist eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass eine sichere Positionierung bzw. Festlegung (Fixierung) in drei Achsen bzw. Richtungen von zwei durch eine Trennstelle getrennten Enden eines ersten und eines zweiten Lagerkäfigabschnitts vermittels wenigstens einem in die Lagerkäfigabschnittenden eingeformten Paar aus einander zugeordneten Vorsprung und Ausnehmung zu erhalten. Eine sichere und hohe Kräfte aufnehmende Verbindung der Lagerkäfigabschnitte bzw. Lagerkäfighälften, wie sie beispielsweise in Pleuellageranwendungen benötigt wird, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass jeweils eine Hauptachse sowohl von einem an der Trennstelle eingeformten Vorsprung sowie der dazu korrespondierenden Ausnehmung schräg zur Rotationsachse des Lagerkäfigs verläuft. In anderen Worten ausgedrückt erstrecken sich der Vorsprung und die dazu korrespondierende Ausnehmung entlang den Begrenzungsflächen der Trennstelle wenigstens abschnittsweise in einem Winkel schräg zur Rotationsachse des Lagerkäfigs.
Als Hauptachse ist im Folgenden eine Achse zu verstehen, entlang der sich ein Vorsprung oder eine Ausnehmung in einer Begrenzungsfläche der Trennstelle im Wesentlichen erstreckt. Ein Winkel schräg zur Rotationsachse des Lagerkäfigs meint einen Winkel verschieden von 0° oder Vielfachen von 90°, d.h., beispielsweise also einen Winkel α mit 0° < α < 90°.
Ausführungsbeispiele sehen dazu einen Lagerkäfig für ein Wälzlager vor, wobei der Lagerkäfig in Umfangsrichtung an wenigstens einer Trennstelle zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerkäfigabschnitt geschlitzt bzw. geteilt ausgebildet ist. Auf einander zugewandten Begrenzungsflächen der Trennstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerkäfigabschnitt ist wenigstens ein Paar aus einem Vorsprung und einer dazu korrespondierenden Ausnehmung ein- bzw. angeformt, um die Begrenzungsflächen beim Ineinandergreifen von Vorsprung und Ausnehmung in drei Richtungen (radial, tangential, axial) zueinander zu fixieren. D.h., der Vorsprung und die dazu korrespondierende Ausnehmung, welche im Nachfolgenden auch als Verbindungselemente bezeichnet werden, sind ausgebildet, um eine sichere Positionierung in allen drei Richtungen zu erhalten. Dazu verlaufen die Hauptachsen des an der Begrenzungsfläche der Trennstelle eingeformten Vorsprungs und der dazu korrespondierenden Ausnehmung jeweils schräg zur Rotationsachse des Lagerkäfigs. Man könnte auch sagen, dass die Verbindungselemente, d.h. der Vorsprung und die dazu korrespondierende Ausnehmung, in einer radialen Käfigschnittebene jeweils konisch verlaufend gestaltet werden. Durch wenigstens abschnittsweise schräg bzw. konisch verlaufende Vorsprünge und Ausnehmungen kann eine sichere und haltbare Positionierung der geteilten Lagerkäfigabschnitte bezüglich sämtlicher drei Achsen (axial, tangential und radial) erreicht werden.
Der an der Begrenzungsfläche der Trennstelle eingeformte Vorsprung und die dazu korrespondierende Ausnehmung sind, in tangentialer Richtung (Umfangsrichtung) gesehen, einander gegenüberliegend in die Begrenzungsflächen zueinander korrespondierender Lagerkäfigabschnitte eingeformt, sodass sich der Vorsprung und die dazu korrespondierende Ausnehmung beim Fügen der Lagerkäfigabschnitte in Umfangsrichtung ineinanderschieben lassen.
Um zusätzlich möglichst hohe Verbindungskräfte zwischen den zu fügenden Lagerkäfigabschnitten zu erzielen, können die Verbindungselemente (d.h. Vorsprung und Ausnehmung) als Elemente mit Hinterschnitten ausgebildet sein. Eine solche Verbindung ist mit Verbindungselementen ähnlich zu Nut und Feder oder Nocken, jedoch mit zusätzlichen, schmaler verlaufenden Hinterschnitten hinter ihren Kopfbereichen, welche durch elastische Verformungen in kleinen Überlappungsbereichen miteinander verbunden werden, zu gestalten. D.h., gemäß Ausführungsbeispielen kann der an einer Begrenzungsfläche der Trennstelle eingeformte Vorsprung einen hinterschnittenen und im wesentlichen halbkreisbzw. kreisförmigen Querschnitt durch eine Ebene senkrecht zu seiner wenigstens abschnittsweise schräg verlaufenden Hauptachse aufweisen. Dazu korrespondierend kann die zu dem Vorsprung korrespondierende Ausnehmung einen dem hinterschnittenen und im wesentlichen halbkreis- bzw. kreisförmigen Querschnitt angepassten sphärischen Querschnitt durch eine Ebene senkrecht zu ihrer (schräg verlaufenden) Hauptachse aufweisen.
Durch derartig hinterschnitten ausgebildete Verbindungselemente kann eine sichere bzw. haltbare Verbindung der Lagerkäfigabschnitte gewährleistet werden, welche auch hohe auftretende Kräfte in Kurbelwellen- und Pleuellageranwendungen aufnehmen kann. Des Weiteren können die Lagerkäfigabschnitte durch die auf dem Nut-Feder-Prinzip basierenden Verbindungselemente (Vorsprung, Ausnehmung) mittels einer Schnappverbindung, die aber aufgrund der Hinterschnitte nur relativ schwer wieder gelöst werden kann, relativ einfach verbunden werden. Wie es im Nachfolgenden noch beschrieben wird, sehen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für die Verbindung bzw. für das Fügen der Lagerkäfigabschnitte ein entsprechendes Handhabungswerkzeug vor.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der Vorsprung ein federähnliches bzw. federartiges Element, welches aus einer radialen Schnittebene des geteilten Lagerkäfigs hervorragt. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann sich der schräg verlaufende Vorsprung nahezu über die gesamte axiale (d.h., in Richtung der Käfigrotationsachse) Käfigbreite erstrecken und dabei einen sich über die Breite kontinuierlich ändernden Durchmesser (bezogen auf die Käfigrotationsachse) aufweisen. Jeder Vorsprung kann in einer Ebene senkrecht zu seiner Hauptachse einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, wobei eine Anbindung an die Käfigschnittebene bzw. Trennfläche eine kleinere radiale Erstreckung aufweist als der größte radiale Durchmesser des kreissegmentförmigen Vorsprungs und somit den Hinterschnitt bildet. Die korrespondierende Ausnehmung kann entsprechend als nutähnliches bzw. nutartiges Element betrachtet werden, welches eine Negativform zu dem oben beschriebenen federähnlichen Vorsprung aufweist und sich in die Käfigschnittebene bzw. in die Begrenzungsfläche der Trennstelle hinein erstreckt. Ihren radialen und tangentialen Dimensionen ist die Ausnehmung auf die Abmessungen des dazu korrespondierenden Vorsprungs abgestimmt, um beim Ineinandergreifen durch eine geringfügige Überdeckung eine sichere Verbindung der beiden Lagerkäfigabschnitte zu gewährleisten.
Der Winkel α zwischen den jeweiligen Hauptachsen der Verbindungselemente und der Lagerkäfigrotationsachse liegt in einem Bereich kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 10° und noch bevorzugter in einem Bereich von 1° bis 5°. Bei noch kleineren Winkeln ist eine sichere Positionierung nicht mehr zu gewährleisten. Größere Winkel dürften bei für Wälzlagerkäfige üblichen Breiten-Dicken-Verhältnissen die axiale Breite des Käfigs nicht mehr ausnützen und daher von der Materialeffizienz her ungünstig sein. Als Faustregel könnte man sagen, dass der Winkel α derart zu wählen ist, sodass sich Vorsprung bzw. Ausnehmung jeweils diagonal von einem oberen Eck der radial verlaufenden Begrenzungsfläche zu einem axial und radial gegenüberliegenden Eck der Begrenzungsfläche erstrecken. Bei den üblichen Breiten-Dicken-Verhältnissen von Wälzlagerkäfigen ergibt sich dadurch ein Winkel von ca. 1° bis ca. 5°.
Die jeweiligen Abmessungen der Verbindungselemente Vorsprung und Ausnehmung hängen in erster Linie von einem verfügbaren Platz der Begrenzungsflächen der Trennstelle und damit auch von der radialen Käfigstärke ab. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen erstrecken sich der Vorsprung und die dazu korrespondierende Ausnehmung in einer Richtung senkrecht zu ihrer jeweiligen Hauptachse in einem Bereich vom 0,25-fachen bis zum 0,4-fachen der radialen Lagerkäfigstärke. D.h., ihre Dicke bzw. Stärke entspricht dem 0,25-fachen bis zum 0,4-fachen der radialen Lagerkäfigstärke.
Der Vorsprung und die dazu korrespondierende Ausnehmung können sich bei Ausführungsbeispielen im Wesentlichen über eine gesamte axiale Breite des Lagerkäfigs erstrecken. Dies ermöglicht vor allem eine einfachere Fertigung und eine einfachere bzw. unkompliziertere Montage. Durch die schräg zur Rotationsachse verlaufenden Verbindungselemente können die Lagerkäfighälften bzw. Lagerkäfigabschnitte nicht in axialer und/oder radialer Richtung verschoben werden. Eine tangentiale Trennung der Lagerkäfigabschnitte wird durch die hinterschnittene Ausgestaltung des schräg verlaufenden Vorsprungs und die dazu korrespondierende Ausnehmung verhindert.
Bevorzugt sind die Verbindungselemente Vorsprung und Ausnehmung derart an den Begrenzungsflächen der geteilten Lagerkäfigabschnitte angeordnet, dass die Enden von Vorsprung und Ausnehmung jeweils nicht unmittelbar mit radialen Enden der Lagerkäfigabschnitte zusammenfallen. D.h., ausgehend von jedem beliebigen Punkt des Vorsprungs bzw. der Ausnehmung sollte noch ein radialer Mindestabstand zu einem radial außen oder innen gelegenen Ende des Lagerkäfigs gewährleistet sein. Eine minimale radiale Erstreckung einer Begrenzungsfläche von dem Vorsprung oder der Ausnehmung aus bis hin zu einem radialen Ende der Begrenzungsfläche sollte bei Ausführungsbeispielen in einem Bereich von 0,2 mm bis 1 mm liegen. Diese minimale radiale Wandstärke neben einem Verbindungselemente nach innen bzw. nach außen ist im Allgemeinen abhängig von dem verwendeten Käfigwerkstoff. Für Stahl und/oder Titan-Legierungen sollten mindestens 0,4 mm radiale Wandstärke gewährleistet werden. Für Aluminiumlegierungen sollten mindestens 0,6 mm vorgesehen werden, wohingegen für Polymere, wie zum Beispiel Polyetheretherketon (PEEK), eine minimale radiale Wandstärke von 0,8 mm von Vorteil sein kann.
Um eine spielfreie Verbindung in axialer und/oder radialer Richtung zu erhalten, kann der kreissegment- oder ovalsegmentförmige Querschnitt des federähnlichen Vorsprungs speziell in radialer Richtung (Normalrichtung) größer oder zumindest gleich dem Querschnitt der nutähnlichen Ausnehmung sein. Um eine elastische Verbindung zwischen Vorsprung und Ausnehmung zu gewährleisten, kann der Vorsprung in der Mitte entlang seiner Hauptachse parallel zum Konuswinkel α geschlitzt ausgebildet sein. D.h., um beim Montieren und/oder Demontieren des geteilten Lagerkäfigs eine elastische Verformung des Vorsprungs zu ermöglichen, kann dieser entlang seiner schräg zur Rotationsachse verlaufenden Hauptachse geschlitzt ausgebildet sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen erstreckt sich der entlang der Hauptachse eingeformte Schlitz in tangentialer Richtung gesehen weiter bzw. tiefer als der Vorsprung selbst. Das bedeutet, dass sich der Schlitz in tangentialer Richtung von einem von dem Lagerkäfigabschnitt wegweisenden Ende des Vorsprungs tangential durch den Vorsprung bis in den Lagerkäfigabschnitt hinein erstreckt. Durch die größere tangentiale Erstreckung des Schlitzes als die tangentiale Erstreckung des Vorsprungs kann eine optimale Federung des Vorsprungs erreicht werden. Eine Breite des Schlitzes senkrecht zur schräg zur Rotationsachse verlaufenden Hauptachse des Vorsprungs, d.h. in radialer Richtung ±α, kann gemäß Ausführungsbeispielen in einem Bereich des 0,2-fachen bis zum 0,3-fachen der radialen Erstreckung des Vorsprungs liegen. Das heißt, die Stärke des Schlitzes kann beispielsweise im Bereich eines Viertels der radialen Erstreckung des Federelementes bzw. des Vorsprungs liegen.
Alternativ zu den kreissegment- oder ovalsegmentförmigen Querschnitten der Verbindungselemente (Vorsprung, Ausnehmung) sind auch geometrische Formen möglich, welche auf rechteckigen Grundformen beruhen. Besonders sind hierbei so genannte Schwalbenschwanzformen (prismatische Nut und Feder) zu nennen, die ebenfalls eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Diese können zum leichteren Fügen der Lagerkäfigabschnitte in Umfangsrichtung auch abgerundete Kanten aufweisen, solange sie in tangentialer Richtung Hinterschneidungen realisieren, um entsprechend hohe Verbindungskräfte nach dem Fügen der Käfighälften realisieren zu können.
Während bei manchen Ausführungsbeispielen die zur Lagerkäfigrotationsachse schräg verlaufenden Verbindungselemente einfach nur geradlinig verlaufend ausgebildet sein können, sind auch weitere Ausführungsbeispiele vorstellbar, welche diese erfindungsgemäße Grundform der „konischen“ Feder-Nut-Verbindung weiterbilden. Dabei kommt beispielsweise eine V-Form der Verbindungselemente, d.h. Vorsprung und Ausnehmung, infrage. Anstelle der geradlinig schräg verlaufenden Ausführung wird hierbei eine Vorsprung-Ausnehmung-Gestaltung in V-Form gewählt, bei der die Spitze des „V“ ungefähr in der Mitte der axialen Käfigbreite angelegt wird. Hier verlaufen die Hauptachsen des Vorsprungs und der korrespondierenden Ausnehmung relativ zur Rotationsachse in Winkeln von +α und –α. Die Spitze des „V“ kann sowohl radial nach außen als auch radial nach innen gerichtet sein. Des Weiteren ist eine so genannte Doppel-V-Form denkbar, bei welcher die Vorsprünge und Ausnehmungen jeweils derart angeordnet sind, dass sich, zusätzlich zur V-Form, eine gespiegelte V-Form der Verbindungselemente in den Begrenzungsflächen der Trennstelle ergibt. Dabei weisen die Spitzen der gespiegelten „V“ in entgegengesetzte radiale Richtungen. Die Doppel-V-Form ist jedoch nur bei einer ausreichenden radialen Erstreckung (Dicke) des Lagerkäfigs möglich bzw. sinnvoll. Eine Alternative zur Doppel-V-Form kann in einer X-förmigen Anordnung der Verbindungselemente gesehen werden, da hier weniger radialer Platz als bei der Doppel-V-Form benötigt wird. Jedoch wird eine X-förmige Anordnung der Verbindungselemente in den Begrenzungsflächen der Trennstelle unter Umständen schwieriger herstellbar sein. Die Doppel-V- und X-förmigen Varianten sind insbesondere für spritzgegossenen Lagerkäfige aus Polymeren, wie zum Beispiel Polyamid oder PEEK, vorteilhaft.
Abhängig von Stückzahlen und/oder Werkstoff sind bestimmte Herstellungsverfahren zu bevorzugen. Für geringe Stückzahlen metallischer Lagerkäfige empfiehlt sich beispielsweise ein Herstellverfahren wie Drahterodieren, welches eine flexible und exakte Herstellung ermöglicht. Für darüber hinaus gehende Volumina eignen sich für alle Werkstoffe mechanische Verfahren, wie zum Beispiel Fräsen. Für sehr große Stückzahlen, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie gebräuchlich sind, empfehlen sich Spritzgießverfahren für Kunststoffe oder MIM (Metall Injection Moulding; kombiniertes Spritzgieß- und Sinterverfahren) für alle geeigneten Werkstoffe.
Da die Haltekräfte zwischen verbundenen Lagerkäfigabschnitten bzw. -hälften entsprechend mancher Anwendungsanforderungen sehr hoch sein können, sehen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für die Montage des geteilten Lagerkäfigs ein Hilfswerkzeug vor. Um Beschädigungen zu vermeiden und um eine sichere Montage zu gewährleisten, sollte das Werkzeug beide geteilte Käfigabschnitte gleichzeitig und gleichmäßig umschließen, d.h., der Innendurchmesser eines die Käfighälften berührenden Teils des Werkzeuges sollte dem Außendurchmesser des Lagerkäfigs entsprechen. Die die Käfighälften umfassenden Teile des Werkzeugs sollten lediglich die axial beabstandeten Seitenringe der Lagerkäfigabschnitte berühren, um Beschädigungen von dazwischen geführten Wälzkörpern bei der Montage zu vermeiden.
Demnach sehen Ausführungsbeispiele auch ein Werkzeug für eine Montage eines geteilten Lagerkäfigs vor, welches zwei an die Lagerkäfigabschnitte des Lagerkäfigs angepasste Lagerkäfigabschnittsschalen aufweist, die jeweils einen an einen Außendurchmesser der Lagerkäfigabschnitte angepassten Innendurchmesser aufweisen, und die angepasst sind, um bei der Montage Druck auf Seitenringe des geteilten Lagerkäfigs ausüben zu können, ohne Kontakt zu von dem Lagerkäfig geführten Wälzkörpern aufzunehmen. Des Weiteren umfasst das Werkzeug ein Betätigungselement, um die beiden Lagerkäfigabschnittsschalen zum Fügen der geteilten Lagerkäfigabschnitte zusammenführen zu können.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen weisen die Lagerkäfigabschnittsschalen jeweils zwei in einem axialen Abstand der Lagerkäfigseitenringe angeordnete Seitenringschalenelemente auf, welche mit den Lagerkäfigseitenringen bei der Montage zusammenwirken können. Vorzugsweise sollte die Betätigung des Werkzeugs eine Hebelwirkung bewirken, um eine leichtere Montage des geteilten Lagerkäfigs zu ermöglichen. Dazu kann das Betätigungselement ausgebildet sein, um die Lagerkäfigabschnittsschalen mittels einer Hebelwirkung zusammen zu führen. Das Betätigungselement kann beispielsweise zwei an einem Drehpunkt verbundene Hebel umfassen, welche bei der Montage zusammengedrückt werden können, ähnlich wie bei einer Zange. Durch die über das Werkzeug ausgeübte Hebelwirkung können die Vorsprünge und Ausnehmungen der Lagerkäfigabschnitte dann ineinander schnappen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der abhängigen Patentansprüche.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine sichere und zuverlässige Verbindung von geteilten Lagerkäfigabschnitten, welche eine Positionierung in allen drei Achsrichtungen gewährleistet und die Lagerkäfigabschnitte in Umfangsrichtung zusammenhält, wobei die Haltekräfte nach den Erfordernissen und in Abhängigkeit vom verwendeten Werkstoff durch die Überdeckungen von Vorsprung- und Ausnehmungsabmessungen gestaltet werden können. Durch diese Möglichkeiten können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung speziell auch für Lagerkäfige von Wälzlagern in Verbrennungsmotoren und besonders bei Pleuellageranwendungen eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Darstellung eines geschlitzten bzw. geteilten Lagerkäfigs in geöffnetem Zustand, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine dreidimensionale Darstellung zweier Käfighälften des geschlitzten Lagerkäfigs gemäß 1;
3 eine vergrößerte Darstellung einer in eine Trennebene des Lagerkäfigs eingeformten Ausnehmung;
4 eine vergrößerte Darstellung eines an eine Trennebene angeformten, geschlitzten Vorsprungs;
5 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf in einer Trennebene schräg zur Käfigrotationsachse verlaufende Verbindungselemente;
6 eine vergrößerte Darstellung eines hinterschnitten ausgebildeten Vorsprungs und einer dazu korrespondierenden, gegenüberliegender Ausnehmung;
7 eine Darstellung von ineinandergreifendem Vorsprung und Ausnehmung, jeweils mit einem abgeschnittenen kreissegmentförmigen Querschnitt; und
8 eine dreidimensionale Darstellung eines Montagewerkzeugs für einen geteilten Lagerkäfigs, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Die 1 zeigt eine dreidimensionale Pinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines geteilten Lagerkäfigs 10 zur Führung von Wälzkörpern eines Wälzlagers.
Der Lagerkäfigs 10 ist in Umfangs- oder Tangentialrichtung exemplarisch an zwei Trennstellen 11-1, 11-2 zwischen einem ersten Lagerkäfigabschnitt 12-1 und einem zweiten Lagerkäfigabschnitt 12-2 geschlitzt bzw. geteilt ausgebildet. Auf einander (in Umfangsrichtung) zugewandten Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 der Trennstellen 11-1, 11-2 zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerkäfigabschnitt 12-1, 12-2 ist jeweils ein Paar aus einem Vorsprung 14 und einer dazu korrespondierenden und (in Umfangsrichtung) gegenüberliegenden Ausnehmung 15 angeformt, um die Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 beim Ineinandergreifen von Vorsprung 14 und dazu korrespondierender Ausnehmung 15 in drei Richtungen (axial, radial und tangential) zueinander zu fixieren bzw. festzulegen. Die Vorsprünge 14 und die dazu korrespondierenden Ausnehmungen 15 bilden zusammen ein sogenanntes Lagerkäfigschloss. Die Hauptachsen 17 der Vorsprünge 14 und der Ausnehmungen 15 verlaufen jeweils schräg zur Rotationsachse 16 des geteilten Lagerkäfigs 10 bzw. schräg zu axial verlaufenden und die Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 radial begrenzenden Außenkanten der Begrenzungsflächen. Dies wird insbesondere aus der zweidimensionalen Darstellung der 5a und 5b deutlich.
Die 5a zeigt eine zweidimensionale Seitenansicht der in 1 dreidimensional gezeigten Lagerkäfighälfte 12-1 bzw. 12-2, wohingegen die 5b eine Draufsicht auf diese Lagerkäfighälfte zeigt.
In der 5a sind sowohl für eine nutartige Ausnehmung bzw. Vertiefung 15 sowie für einen federartigen Vorsprung 14 einer Lagerkäfighälfte jeweils die zu der Lagerkäfigrotationsachse 16 in einem Winkel α schräg verlaufenden Hauptachsen 17-1 und 17-2 der Verbindungselemente 14, 15 dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass es sich bei der in der 5a dargestellten Ausnehmung 15 und dem in radialer Richtung 18 gegenüberliegenden Vorsprung 14 nicht um zueinander korrespondierende Verbindungselemente handelt. Diese befinden sich nämlich an der in der 5a nicht gezeigten anderen Lagerkäfighälfte 12-1. Es wird aber trotzdem deutlich, dass sich sowohl der feder- oder nockenartige Vorsprung 14 als auch die nutartige Ausnehmung 15 entlang den Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 der beiden Trennstellen 11-1, 11-2 jeweils in einem Winkel α schräg zur Rotationsachse 16 des geteilten Lagerkäfigs 10 erstrecken. Dies ist gleichbedeutend damit, dass sich der Vorsprung 14 und/oder die Ausnehmung 15 in den Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 schräg (d.h. nicht rechtwinklig) relativ zu den radial innen- und/oder außenliegenden Kanten der Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 erstrecken. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Winkel α zwischen Lagerkäfigrotationsachse 16 und Hauptachse 17-1 bzw. 17-2 der Verbindungselemente 14, 15 betragsmäßig in einem Bereich kleiner 10° und vorzugsweise in einem Bereich von ca. 1° bis ca. 5°. Bei kleineren Winkeln α wäre eine sichere Positionierung bzw. Festlegung der beiden Lagerkäfigabschnitte 12-1, 12-2, vor allem in axialer Richtung entlang der Rotationsachse 16, nicht mehr zu gewährleisten. Größere Winkel α dürften hingegen bei den für Wälzlagerkäfige üblichen Breiten-Dicken-Verhältnissen eine axiale Breite b des Lagerkäfigs 10 nicht mehr ausnützen und deshalb in Bezug auf Materialeffizienz eher ungünstig sein.
Wie es wiederum besser aus der Darstellung der 1 zu erkennen ist, sind die an den Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 der Trennstellen 11-1, 11-2 ein- bzw. angeformten Vorsprünge 14 und die dazu korrespondierenden Ausnehmungen 15 in Umfangsrichtung (d.h. in tangentialer Richtung) jeweils gegenüberliegend in die Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 eingeformt, sodass sich die Vorsprünge 14 und die dazu korrespondierende Ausnehmungen 15 beim Fügen der Lagerkäfigabschnitte 12-1, 12-2 in Umfangsrichtung ineinander schieben bzw. schnappen lassen. Um nach dem Fügen der Lagerkäfighälften 12-1, 12-2 möglichst hohe Verbindungs- und Haltekräfte zwischen diesen zu erzielen, sind die zueinander korrespondierenden Verbindungselemente 14, 15 des Schlosses gemäß manchen Ausführungsbeispielen bevorzugt hinterschnitten ausgebildet. Dies ist insbesondere aus den vergrößernden Darstellungen der 3 und 4 zu erkennen.
Während die 3 (unten) eine vergrößerte Darstellung einer nutartigen Ausnehmung bzw. Vertiefung 15 darstellt, zeigt die 4 (unten) eine vergrößerte Ansicht eines dazu korrespondierenden Feder- bzw. nockenartigen Vorsprungs 14. Der an einer Begrenzungsfläche 13-1, 13-2 einer Trennstelle 11-1, 11-2 eingeformte Vorsprung 14 weist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen hinterschnittenen (gekennzeichnet durch die Bereiche 19) und im wesentlichen halbkreis- bis kreisförmigen Querschnitt durch eine Ebene senkrecht zu seiner Hauptachse 17-1 oder 17-2 auf. Dazu korrespondierend weist eine zu dem Vorsprung 14 korrespondierende Ausnehmung 15 einen dem hinterschnittenen und im wesentlichen halbkreis- bis kreisförmigen Querschnitt angepassten sphärischen Querschnitt durch eine Ebene senkrecht zu ihrer Hauptachse 17-1 oder 17-2 auf. Das federähnliche Verbindungselement 14 ragt also aus einer radialen Schnittebene 13-2 des geteilten Lagerkäfigs 10 hervor und kann sich, gemäß manchen Ausführungsbeispielen, in axialer Richtung über im Wesentlichen die gesamte Käfigbreite b erstrecken und dabei einen über die Breite b sich kontinuierlich ändernden Durchmesser D₁₄ bezogen auf die Käfigrotationsachse 16 aufweisen (siehe 5a). Durch den sich ändernden Durchmesser D₁₄ wird dabei der schräge Verlauf der Hauptachsen 17-1 bzw. 17-2 der Verbindungselemente 14, 15 erzielt. Der federartige Vorsprung 14 kann einen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen, wobei eine Anbindung an die Käfigschnittebene 13-2 eine kleinere radiale Erstreckung B_F aufweist als der größte Durchmesser D_F des kreissegmentförmigen Vorsprungs 14 und dadurch den Hinterschnitt 19 bildet (siehe 4, unten).
Wie es in 3 (unten) gezeigt ist, weist das nutartige Verbindungselement 15 eine Negativform zu dem oben beschriebenen federartigen Vorsprung 14 auf und erstreckt sich in die Käfigschnittebene bzw. -fläche 13-1 hinein. In ihren radialen und tangentialen Dimensionen (B_N, D_N) ist die nutartige Ausnehmung 15 auf die Abmessungen (B_F, D_F) des federartigen Vorsprungs 14 abgestimmt, um durch eine geringfügige Überdeckung eine sichere Verbindung bzw. Festlegung der beiden Lagerkäfigabschnitte 12-1, 12-2 zu gewährleisten.
Mögliche geometrische Abmessungen der schräg verlaufenden Verbindungselemente Vorsprung 14 und Ausnehmung 15 hängen in erster Linie von einem verfügbaren Platz und damit von einer radialen Käfigstärke s_K ab.
Wie es beispielsweise aus der 2 zu erkennen ist, können sich sowohl der schräg verlaufende Vorsprung 14 als auch die schräg verlaufende Ausnehmung 15 in einer Richtung senkrecht zu ihrer jeweiligen Hauptachse 17-1 oder 17-2 in einem Bereich vom 0,25-fachen bis zum 0,4-fachen der radialen Lagerkäfigstärke s_K erstrecken. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erstreckung d₁₄ des Vorsprungs 14 und/oder die radiale Erstreckung d₁₅ der Ausnehmung 15 in einer Richtung senkrecht zu ihrer jeweiligen Hauptachse 17-1 oder 17-2 ca. 1/3 der Käfigstärke s_K betragen.
Eine minimal verbleibende radiale Wandstärke neben den Verbindungselementen (Vorsprung 14, Ausnehmung 15) nach radial nach innen bzw. nach außen kann abhängig von einem verwendeten Werkstoff für den geteilten Lagerkäfig 10 gewählt werden. Eine minimale radiale Erstreckung einer Begrenzungsfläche 13-1 bzw. 13-2 von dem Vorsprung 14 oder der Ausnehmung 15 bis zu einem radialen Ende der Begrenzungsfläche 13-1, 13-2 liegt bei Ausführungsbeispielen in einem Bereich von 0,2 mm bis 1 mm. Bei Stahl und Titan-Legierungen sollte die minimal verbleibende radiale Wandstärke neben einem Verbindungselement 0,4 mm nicht unterschreiten. Bei Aluminiumlegierungen ist als minimale radiale Wandstärke vorzugsweise wenigstens 0,6 mm zu wählen. Bei Polymeren, wie zum Beispiel PEEK, sollte eine minimale radiale Wandstärke von 0,8 mm nicht unterschreiten.
Wie es in sämtlichen Figuren angedeutet ist, kann der federartige Vorsprung 14 gemäß Ausführungsbeispielen entlang seiner schräg zur Rotationsachse 16 verlaufenden Hauptachse 17-1 oder 17-2 geschlitzt ausgebildet sein. D.h., ein an einer Begrenzungsfläche 13-1 oder 13-2 eingeformter Vorsprung 14 kann entlang seiner Hauptachse 17-1 oder 17-2 geschlitzt ausgebildet sein, um eine elastische Verformung des Vorsprungs 14 (vor allem in einer Richtung senkrecht zur Hauptachse 17-1 oder 17-2) zu ermöglichen. Wie es beispielsweise aus der 4 (unteren) zu erkennen ist, kann sich ein Schlitz 20 in einem Vorsprung 14 in tangentialer Richtung 21 tiefer erstrecken als der Vorsprung 14 selbst. Dadurch kann in radialer Richtung 18 eine optimale Federung des elastischen Vorsprungs 14 erreicht werden. Gemäß Ausführungsbeispielen kann eine Breite B_S des Schlitzes 20 senkrecht zur Hauptachse 17-1 bzw. 17-2, das heißt in radialer Richtung 18 (genaugenommen in Richtung senkrecht zur schrägen Hauptachse 17-1 oder 17-2), in einem Bereich des 0,2-fachen bis 0,3-fachen der radialen Erstreckung D_F des Vorsprungs 14 liegen. Noch bevorzugter liegt die Stärke bzw. Breite B_S des Schlitzes 20 in einem Bereich eines Viertels der radialen Erstreckung D_F des federartigen Vorsprungs 14.
Bezugnehmend auf die 6, sollte, um einen spielfreien Sitz der Verbindung zwischen Vorsprung 14 und dazu korrespondierender Ausnehmung 15 in tangentialer Richtung 21 zu sichern, bei sämtlichen Toleranzlagen der Verbindung zwischen Vorsprung 14 und Ausnehmung 15 eine Berührung im Bereich der Punkte 61 bis 64 in der 6 gewährleistet sein. Um dies sicherzustellen, kann die Erstreckung des federartigen Vorsprungs 14 in tangentialer Richtung 21 von der Toleranzlage eher kleiner sein als die entsprechende Abmessung der nutartigen Ausnehmung 15. Form und Abmessungen der beiden Verbindungselemente 14, 15 sollten in allen Toleranzlagen derart festgelegt werden, um eine Berührung der beiden Elemente 14, 15 im Basisbereich 22 des kreissegmentförmigen Bereichs im Übergang zum Anbindungsbereich 23 zur Käfigschnittebene 13-1 bzw. 13-2 sicherzustellen. Um dies zu gewährleisten, können gemäß manchen Ausführungsbeispielen, anstatt der kreissegmentförmigen Ausführung von Vorsprung 14 und Ausnehmung 15, auch ovalsegmentförmige Querschnitte senkrecht zur Hauptachse 17-1 bzw. 17-2 gewählt werden, deren große Hauptachse in Normalrichtung zum Lagerkäfigteilkreis (d.h. senkrecht zur Hauptachse 17-1 bzw. 17-2) liegt. D.h., um eine spielfreie Verbindung in axialer und radialer Richtung (Normalrichtung) zu erhalten, kann der kreissegment- oder ovalsegmentförmige Querschnitt des federartigen Vorsprungs 14 insbesondere in Normalrichtung größer oder zumindest gleich dem der nutartigen Ausnehmung 15 gewählt werden.
Für die Hinterschnitte 19 können bei metallischen Lagerkäfigen 0,01 mm ≤ S ≤ 0,05 mm vorgesehen werden und für Lagerkäfige aus Kunststoff 0,05 mm ≤ S ≤ 0,2 mm, wobei S = (D_F – B_F)/2 bzw. S = (D_N – B_N)/2 (siehe 6, unten).
Bezugnehmend auf die 7 sind, alternativ zu den bisher beschriebenen kreis- oder ovalsegmentförmigen Querschnitten der schräg verlaufenden Verbindungselemente 14, 15, auch abgewandelte Formen, wie zum Beispiel ein abgeschnittener kreissegmentförmiger Querschnitt vorstellbar, da hauptsächlich die Hinterschnitte 19 in Umfangsrichtung die Hauptkräfte aufnehmen. D.h., ein Vorsprung 14 braucht an seinem tangential vorstehenden Ende nicht notwendigerweise kreissegment- oder ovalsegmentförmig zu verlaufen. Stattdessen kann ein Vorsprung 14 an seinem in tangentialer Richtung vorstehenden Ende auch eine Begrenzungsebene aufweisen, welche parallel zu den Begrenzungsflächen 13-1 bzw. 13-2 verläuft. Eine derartig verkürzte Verbindungselementform kann den Vorteil aufweisen, dass in tangentialer Richtung, d.h. in Umfangsrichtung 21, kurz gebaut werden kann und damit weniger Platz für eine mögliche Wälzkörperanzahl verbraucht wird. Haltekraft in tangentialer Richtung ist durch die Hinterschnitte 19 trotzdem gewährleistet.
Für eine optimierte Form der Verbindung des geteilten Lagerkäfigs 10 hinsichtlich der Haltekräfte, Montage und Herstellbarkeit sollte speziell für die verkürzte Form gemäß 7, aber auch für alle anderen Formen mit gekrümmten Begrenzungslinien der Verbindungselemente 14, 15, der Bereich 24 der maximalen Überdeckung zwischen dem Beginn des Hinterschnitts B und dem Umkehrpunkt A der Begrenzungskurve am Vorsprung 14 liegen. Die Bereiche im Kontaktbereich zwischen Vorsprung 14 und Ausnehmung 15, welche außerhalb dieser maximalen Überdeckung 24 liegen, weisen vorzugsweise nur minimalen Kontakt bzw. Luft auf. Hierdurch kann ein eindeutiger Kontaktbereich 24 festgelegt werden, der die Kräfte zwischen Vorsprung 14 und Ausnehmung 15 am besten übertragen kann. Der restliche Bereich dient dagegen lediglich zur Führung und/oder zur Sicherstellung und Erleichterung der Montage.
Alternativ zu kreissegment- oder ovalsegmentförmigen Querschnitten der bezüglich der axialen Richtung der schräg verlaufenden Vorsprünge 14 bzw. Ausnehmungen 15 des Käfigschlosses sind auch andere Geometrien möglich, welche auf rechteckigen Grundformen beruhen. Besonders sind hierbei sogenannte Schwalbenschwanzformen zu nennen, die ebenfalls eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Diese können zum leichteren Fügen in Umfangsrichtung auch abgerundete Kanten aufweisen, solange sie Hinterschneidungen realisieren, um entsprechende Verbindungs- bzw. Haltekräfte nach dem Fügen der Lagerkäfigabschnitte 12-1, 12-2 realisieren zu können.
Obwohl im Vorhergehenden anhand der Figuren geteilte Lagerkäfigabschnitte 12-1, 12-2 mit rein geradlinig schräg zur Lagerkäfigrotationsachse 16 verlaufenden Verbindungselementen 14, 15 beschrieben wurden, sind gemäß anderen Ausführungsbeispielen auch Weiterbildungen denkbar, welche aber alle zumindest abschnittsweise schräg zur Käfigrotationsachse 16 verlaufende Verbindungselemente aufweisen. Dabei kommt beispielsweise eine V-Form der Verbindungselemente 14, 15, d.h. Vorsprung und Ausnehmung, infrage. Anstelle der rein geradlinig schräg verlaufenden Ausführung wird hierbei eine Vorsprung-Ausnehmung-Gestaltung jeweils in V-Form gewählt, bei der eine Spitze des „V“ ungefähr in der Mitte der axialen Käfigbreite b angelegt wird. Dabei kann die Spitze des „V“ kann sowohl radial nach außen als auch radial nach innen gerichtet sein. Bei der V-Form weist ein Verbindungselement als einen ersten Abschnitt auf, der mit der Rotationsachse 16 einen Winkel α einschließt, sowie einen zweiten Abschnitt, der mit der Rotationsachse 16 einen Winkel (180°-α) einschließt. Des Weiteren ist eine so genannte Doppel-V-Form denkbar, bei welcher die Vorsprünge 14 und Ausnehmungen 15 jeweils derart angeordnet sind, dass sich, zusätzlich zur V-Form, eine radial gespiegelte V-Form der Verbindungselemente in den Begrenzungsflächen der Trennstelle ergibt. Dabei können die Spitzen der gespiegelten „V“ in entgegengesetzte radiale Richtungen weisen. Die Doppel-V-Form ist jedoch nur bei einer ausreichenden radialen Erstreckung (Dicke) s_K des geteilten Lagerkäfigs möglich bzw. sinnvoll. Eine Alternative zur Doppel-V-Form kann in einer jeweiligen X-förmigen Anordnung der Verbindungselemente 14, 15 gesehen werden, da hier weniger radialer Platz als bei der Doppel-V-Form benötigt wird. Jedoch wird eine X-förmige Anordnung der Verbindungselemente in den Begrenzungsflächen 13-1, 13-2 der Trennstellen unter Umständen schwieriger herstellbar sein. Die Doppel-V- und X-förmigen Varianten können insbesondere für spritzgegossenen Lagerkäfige aus Polymeren, wie zum Beispiel Polyamid oder PEEK, vorteilhaft sein.
In Abhängigkeit von Stückzahlen und/oder verwendeten Werkstoffen können verschiedene Herstellungsverfahren für geteilte Lagerkäfige eingesetzt werden. Für geringe Stückzahlen von Käfigen aus metallischen Materialien kommen Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel Drahterodieren, welches eine flexible und exakte Herstellung ermöglicht, in Betracht. Für darüber hinaus gehende Volumina kann sich auch ein mechanisches Herstellverfahren, wie zum Beispiel Fräsen, für sämtliche Werkstoffe des geteilten Lagerkäfigs eignen. Für größte Stückzahlen, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie gebräuchlich sind, können sich Spritzgießverfahren für Kunststoffe oder MIM für geeignete Werkstoffe empfehlen.
Um beim Verbinden bzw. nach dem Fügen die Verbindungskräfte zwischen Vorsprung 14 und Ausnehmung 15 zu erhöhen, besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Hinterschnitte 19 bzw. Überdeckung 24 zwischen Vorsprung 14 und Ausnehmung 15 zu erhöhen und zusätzlich einen Montageprozess zu erleichtern, indem beispielsweise die Ausnehmungen 15 lokal erwärmt werden. Der dadurch erhöhte Montageaufwand kann für schwierige Anwendungsfälle, wie zum Beispiel Pleuellagerungen in Verbrennungsmotoren, sinnvoll sein. Sollte eine lokale Erwärmung im Anwendungsfall nicht möglich sein, können die beiden federartigen Vorsprünge 14 auch in eine Käfighälfte 12-1 bzw. 12-2 und die nutartigen Ausnehmungen 15 in die andere Hälfte eingebracht werden. Dabei kann eventuell eine Positionierung der beiden Lagerkäfighälften 12-1, 12-2 vor ihrer Montage mit externen Hilfsmitteln unterstützt werden. Ein Ausmaß der jeweiligen Erwärmung kann auf den jeweiligen Anwendungsfall und erforderliche Haltekräfte abgestimmt werden. Die Hinterschnitte 19 können durch derartige Maßnahmen gegenüber den weiter oben angeführten Maßgaben noch weiter erhöht werden.
Die Haltekräfte der gefügten Lagerkäfighälften 12-1, 12-2 können entsprechend dem Einsatzort des Lagerkäfigs 10 sehr hoch sein. Daher kann es bei manchen Ausführungsbeispielen notwendig sein, die Montage des geteilten Lagerkäfigs durch ein Hilfswerkzeug zu unterstützen.
Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen des Werkzeugs für eine Montage des geteilten Lagerkäfigs 10 ist exemplarisch in 8 dargestellt.
Das Werkzeug 80 umfasst zwei an die Lagerkäfigabschnitte 12-1 und 12-2 des Lagerkäfigs 10 angepasste Lagerkäfigabschnittsschalen 81-1, 81-2, welche jeweils einen an einen Außendurchmesser der Lagerkäfigabschnitte 12-1, 12-2 angepassten Innendurchmesser aufweisen, und die angepasst sind, um bei der Montage des geteilten Lagerkäfigs 10 Druck auf die Seitenringe bzw. Umfangsstege des Lagerkäfigs 10 ausüben zu können, ohne Kontakt zu von dem Lagerkäfig 10 geführten Wälzkörpern aufzunehmen. Ferner weist das Werkzeug 80 ein Betätigungselement 82 auf, um die beiden Lagerkäfigabschnittsschalen 81-1 und 81-2 des Werkzeugs 80 zusammenführen zu können und dadurch die Lagerkäfigabschnitte 12-1 und 12-2 zu fügen.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann das Werkzeug 80 beide Lagerkäfighälften 12-1, 12-2 gleichzeitig und gleichmäßig umschließen. D.h., der Innendurchmesser des die Käfighälften berührenden Teils des Werkzeugs 80 sollte dem Außendurchmesser des Lagerkäfigs 10 entsprechen. Die die beiden Käfighälften 12-1 und 12-2 umgreifenden Lagerkäfigabschnittsschalen 80-1, 80-2 berühren bei der Montage lediglich die Seitenringe der Lagerkäfigabschnitte 12-1, 12-2, um Beschädigungen der darin geführten Wälzkörper zu vermeiden. In anderen Worten ausgedrückt weisen die Lagerkäfigabschnittsschalen 81-1 und 81-2 jeweils zwei in einem axialen Abstand der Lagerkäfigseitenringe angeordnete Seitenringschalensegmente 83-1, 83-2 auf, welche mit den Lagerkäfigseitenringen bei der Montage zusammenwirken. Der Abstand der Schalenseitenringsegmente ein 83-1, 83-2 entspricht also vorzugsweise dem axialen Abstand der Seitenringe bzw. Umfangsstege der Lagerkäfigsegmente.
Durch Bedienung des Betätigungselement 82 kann gemäß Ausführungsbeispielen auf die beiden Lagerkäfigabschnittsschalen 81-1, 81-2 eine Hebelwirkung ausgeübt werden, um die beiden Schalen 81-1 und 81-2 bei der Montage zusammenzudrücken.
Kennzeichnend für das Montagewerkzeug 80 ist, dass eine Krafteinleitung vom Werkzeug 80 in die Lagerkäfighälften 12-1, 12-2 über die Seitenringe des Lagerkäfigs 10 erfolgt. Dabei ist eine Umschließung der Käfighälften 12-1, 12-2 durch die Schalen 81-1 und 81-2 möglichst hoch. Die Krafteinleitung von dem Montagewerkzeug 80 in die Lagerkäfighälften 12-1, 12-2 erfolgt gemäß Ausführungsbeispielen mittig dadurch, dass eine Teilungsebene 84 des zangenartigen Werkzeugs 80 beispielsweise um 90° zu der Teilungsebene des Lagerkäfigs 10 versetzt ist. Zur leichteren Handhabung kann ein großes Hebelverhältnis zu Gunsten der Handhebel 85-1 bzw. 85-2 vorgesehen sein. D.h., die Handhebel 85-1 und 85-2 können dazu entsprechend lang ausgebildet sein. Gleichzeitig ist ein Abstand vom Hebelpunkt 86 zum Mittelpunkt eines in die Schalen 80-1, 81-2 eingelegten geteilten Lagerkäfigs 10 möglichst groß, um eine günstige Krafteinleitung rechtwinklig zur Ebene der Käfigschlosselemente 14 bzw. 15, d.h. rechtwinklig zu den Begrenzungsflächen 13-1 bzw. 13-2, zu erreichen.
Durch Ausführungsbeispiele können extrem belastbare geteilte Lagerkäfige erhalten werden, beispielsweise zur Anwendung von Lagerungen in Motoren.
Bezugszeichenliste

10: geteilter Lagerkäfig
11: Trennstelle
12: Lagerkäfigabschnitt
13: Begrenzungsfläche
14: Vorsprung, Feder, Nocken
15: Ausnehmung, Nut
16: Lagerkäfigrotationsachse
17: Hauptsachse von Vorsprung bzw. Ausnehmung
18: radiale Richtung
19: Hinterschnitt, Hinterschneidung
20: Schlitz entlang Hauptachse
21: tangentiale Richtung
22: Basisbereich
23: Anbindungsbereich zur Käfigschnittebene
24: Kontaktbereich zwischen Vorsprung und Ausnehmung
61: Kontaktpunkt
62: Kontaktpunkt
63: Kontaktpunkt
64: Kontaktpunkt
80: Montagewerkzeug
81: Lagerkäfigabschnittsschale
82: Betätigungselement
83: Seitenringschalensegment
84: Teilungsebene des Werkzeugs
85: Handhebel

Claims

Ein Lagerkäfig (10) für ein Wälzlager, wobei der Lagerkäfig in Umfangsrichtung an wenigstens einer Trennstelle (11-1; 11-2) zwischen einem ersten und einem zweiten Lagerkäfigabschnitt (12-1; 12-2) geschlitzt ausgebildet ist, wobei auf einander zugewandten Begrenzungsflächen (13-1; 13-2) der Trennstelle zwischen dem ersten und zweiten Lagerkäfigabschnitt (12-1; 12-2) wenigstens ein Paar aus einem Vorsprung (14) und einer dazu korrespondierenden Ausnehmung (15) eingeformt ist, um die Begrenzungsflächen (13-1; 13-2) beim Ineinandergreifen von Vorsprung (14) und Ausnehmung (15) in drei Richtungen zueinander zu fixieren, wobei eine Hauptachse (17-1; 17-2) von Vorsprung (14) und Ausnehmung (15) in einem Winkel (α) schräg zur Rotationsachse (16) des Lagerkäfigs (16) verläuft.
Der Lagerkäfig (10) nach Anspruch 1, wobei der Winkel (α) in einem Bereich kleiner als 10° und vorzugsweise in einem Bereich von 1° bis 5° liegt.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der an der Begrenzungsfläche (13-1; 13-2) der Trennstelle (11-1; 11-2) eingeformte Vorsprung (14) und die dazu korrespondierende Ausnehmung (15) in Umfangsrichtung gegenüberliegend in die Begrenzungsflächen (13-1; 13-2) eingeformt sind, so dass sich der Vorsprung (14) und die dazu korrespondierende Ausnehmung (15) in Umfangsrichtung ineinander schieben lassen.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der an einer Begrenzungsfläche (13-1; 13-2) der Trennstelle eingeformte Vorsprung (14) einen hinterschnittenen und im Wesentlichen halbkreis- bis kreissegmentförmigen oder ovalsegmentförmigen Querschnitt durch eine Ebene senkrecht zu seiner Hauptachse (17-1; 17-2) aufweist, und wobei die zu dem Vorsprung (14) korrespondierende Ausnehmung (15) einen dem hinterschnittenen und im wesentlichen halbkreis- bis kreissegmentförmigen oder ovalsegmentförmigen Querschnitt angepassten sphärischen Querschnitt durch eine Ebene senkrecht zu ihrer Hauptachse (17-1; 17-2) aufweist.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der an einer Begrenzungsfläche (13-1; 13-2) der Trennstelle eingeformte Vorsprung (14) an seinem tangential vorstehenden Ende eine Begrenzungsebene aufweist, welche parallel zu der Begrenzungsfläche (13-1; 13-2) verläuft, sodass der Vorsprung (14) gegenüber einer an seinem tangential vorstehenden Ende virtuell oder imaginär gekrümmt verlaufenden Begrenzungsebene verkürzt ausgebildet ist.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Vorsprung (14) und die korrespondierende Ausnehmung (15) in einer Richtung senkrecht zu ihrer jeweiligen Hauptachse (17-1; 17-2) in einem Bereich vom 0.25-fachen bis zum 0.4-fachen einer radialen Lagerkäfigstärke (s_K) erstrecken.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Vorsprung (14) und die korrespondierende Ausnehmung (15) im Wesentlichen über eine gesamte axiale Breite (b) des Lagerkäfigs erstrecken.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine minimale radiale Erstreckung einer Begrenzungsfläche (13-1; 13-2) von dem Vorsprung (14) oder der Ausnehmung (15) aus bis zum einem radialen Ende der Begrenzungsfläche in einem Bereich von 0.2 bis 1 mm liegt.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der an der Begrenzungsfläche (13-1; 13-2) der Trennstelle eingeformte Vorsprung (14) entlang seiner Hauptachse (17-1; 17-2) geschlitzt ausgebildet ist, um eine elastische Verformung des Vorsprungs (14) zu ermöglichen.
Der Lagerkäfig nach Anspruch 8, wobei sich ein entlang der Hauptachse (17-1; 17-2) eingeformter Schlitz (20) in tangentialer Richtung tiefer erstreckt als der Vorsprung (14).
Der Lagerkäfig (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Breite des Schlitzes (20) senkrecht zur Hauptachse (17-1; 17-2) des Vorsprungs (14) in einem Bereich des 0.2-fachen bis 0.3-fachen der radialen Erstreckung des Vorsprungs (14) liegt.
Der Lagerkäfig (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der an der Begrenzungsfläche (13-1; 13-2) der Trennstelle eingeformte Vorsprung (14) und die dazu korrespondierende Ausnehmung (15) in ihren jeweiligen Begrenzungsflächen (13-1; 13-2) V-förmig, Doppel-V-förmig, oder X-förmig verlaufen.
Werkzeug (80) für eine Montage eines Lagerkäfigs (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: zwei an die Lagerkäfigabschnitte (12-1; 12-2) des Lagerkäfigs angepasste Lagerkäfigabschnittsschalen (81-1; 81-2), welche jeweils einen an einen Außendurchmesser der Lagerkäfigabschnitte angepassten Innendurchmesser aufweisen, und die angepasst sind, um bei der Montage Druck auf Seitenringe des Lagerkäfigs (10) ausüben zu können, ohne Kontakt zu von dem Lagerkäfig (10) geführten Wälzkörpern aufzunehmen; und einem Betätigungselement (82), um die beiden Lagerkäfigabschnittsschalen (81-1; 81-2) des Werkzeugs (80) zusammenführen zu können.
Das Werkzeug (80) nach Anspruch 13, wobei die Lagerkäfigabschnittsschalen (81-1; 81-2) jeweils zwei in einem axialen Abstand der Lagerkäfigseitenringe angeordnete Seitenringschalensegmente (83-1; 83-2) aufweisen, die mit den Lagerkäfigseitenringen bei der Montage zusammenwirken können.
Das Werkzeug (80) nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Betätigungselement (82) ausgebildet ist, um die Lagerkäfigabschnittsschalen (81-1; 81-2) mittels einer Hebelwirkung zusammenzuführen.