DE102011083119A1

DE102011083119A1 - Konzept zur Verformungssicherung von Lagerringelementen

Info

Publication number: DE102011083119A1
Application number: DE102011083119A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gläntz; Ingo Schulz; Florian Wohlfeil
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: EP2758680A1; DE102011083119B4; WO2013041459A1

Abstract

Ausführungsbeispiele betreffen ein Konzept zum Vor- und Endmontieren zweier Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) eines in einer achsnormalen Trennebene (16) geteilten Lagerrings (11; 13). Bei der Vormontage wird ein Aufnahmeraum (17) für ein aktivierbares Expansionsmaterial (18) in eine in der Trennebene (16) liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) eingeformt, das aktivierbare Expansionsmaterial (18) in den Aufnahmeraum (17) eingebracht, und eine kraftschlüssige Kopplung der Lagerringelemente hergestellt, wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen ein axialer Spalt (41) verbleibt, der während einer Endmontage geschlossen werden kann. Bei der Endmontage werden die Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) in eine gewünschte Relativposition relativ zueinander ausgerichtet, und eine zusätzliche form- und/oder stoffschlüssige Verbindung der ausgerichteten Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) durch Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in dem Aufnahmeraum (17; 17-1; 17-2) hergestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konzept zur Verformungssicherung von Lagerringelementen, insbesondere von Lagerringhälften, eines geteilten Lagerrings.
Bekannte Wälzlager umfassen sowohl ungeteilte als auch geteilte Wälzlager. 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.
Geteilte Wälzlager weisen axial geteilte Lagerringe auf, die sich in axial geteilte Innenlager- und Außenlagerringe unterscheiden lassen, und auch als axial geteilte Laufringe bezeichnet werden können. Bei axial kraftschlüssig verbundenen und geteilten Lagerinnenringen (O-Anordnung) oder Lageraußenringen (X-Anordnung) von zweireihigen Kegelrollenlagern, d. h. von der Funktion her einer Flanschverbindung, kann es bei hohen äußeren Radialkräften (z. B. Querkräfte, Biegemomente) und/oder hohen zu übertragenden Drehmomenten zu lokalen oder globalen Verschiebungen zwischen den axial geteilten Lagerringen kommen. Dieses Phänomen wird als „Cone Shifting“ bezeichnet und kann u. U. zu einem Versagen einer kraftschlüssigen Verbindung der geteilten Lagerringhälften oder zu Effekten, wie z. B. Passungsrost führen.
Beim sogenannten „Macro Cone Shifting“ versagt die komplette Flanschverbindung der geteilten Lagerringhälften. Es kommt zu einem radialen Rutschen der beiden Flanschoberflächen gegeneinander. Dies kann darüber hinaus zu einem Abscheren der für die Flanschverbindung verwendeten Schrauben oder Bolzen führen.
Beim sogenannten „Micro Cone Shifting“ verschieben sich die Oberflächen der beiden Flansche nur in begrenzten, lokalen Gebieten gegeneinander, z. B. indem eine der Lagerringhälften radial ausbeult. Dies führt nicht zu einem unmittelbaren Versagen der Flanschverbindung, kann aber Passungsrost und ähnliche Effekt auslösen, die in der Folge zu einem Versagen der Flanschverbindung oder einem Bruch der Flansche selbst führen können.
Geteilte Kegelrollenlager werden häufig als ein vormontiertes Paket bzw. eine vormontierte Einheit ausgeliefert. Dabei befindet sich das geteilte Kegelrollenlager allerdings noch nicht in seiner Endgeometrie. Zwischen den beiden Lagerinnen- oder auch Lageraußenringen befindet sich ein Spalt mit einer axialen Erstreckung von beispielsweise ca. 100 µm. Erst wenn dieser axiale Spalt geschlossen ist, ist die radiale Vorspannung des Lagers hergestellt und das Lager funktionsfähig. Dieser axiale Spalt ist also eines der wesentlichen Elemente für die radiale Vorspannung und damit die optimale Funktionsfähigkeit des Lagers und sollte daher so genau wie möglich sein. Das Anliegen der beiden Ringe, also das Schließen des Spalts, muss so daher genau/exakt wie möglich sein. Sämtliche Elemente, die zusätzlich in den Spalt gelangen oder eingebracht werden, sind schädlich für die Funktion des Lagers. Der Spalt wird während einer Endmontage beim Nutzer des geteilten Kegelrollenlagers geschlossen.
Während der Vormontage des geteilten Lagers beim Hersteller wird das Lager beim Vorziehen der Schrauben bewegt/gedreht, damit sich die beiden Lagerinnen- bzw. Lageraußenringhälften selbstzentrieren und ihre für die Funktion optimale Position finden (Eindrehen). Aufgrund dieser Selbstzentrierung kann es sein, dass die beiden Lagerinnen- bzw. Lageraußenringhälften nicht absolut deckungsgleich sind bzw. fluchten, sondern dass ihre Rotationsachsen in radialer Richtung um wenige µm versetzt sind.
Um bei hohen Lebensdaueranforderungen an die geteilten Wälzlager, beispielsweise in Windkraftanlagen, 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, reibwerterhöhenden Beschichtungen oder durch Auftrag flüssiger Klebstoffe axial miteinander verbunden.
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.
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.
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.
Die beiden letztgenannten Varianten haben zudem den Nachteil, dass sie die Varianz/Toleranz der Vorspannung, die sich durch den zu schließenden Spalt zwischen den Lagerringhälften ergibt, erhöht. Damit wird die für die Funktion des axial geteilten Lagers wichtige Vorspannung zu einer sehr weit streuenden bzw. „unberechenbaren“ Größe.
Die Verwendung von Passschrauben oder zusätzlichen Passbolzen/-stiften stellt eine sehr teure Lösung dar, die insbesondere hinsichtlich des „Micro Cone Shifting“ ihre Grenzen hat. Um für das „Macro Cone Shifting“ wirksam zu sein, müssen relativ viele Passelemente eingebracht werden, damit der zur Verfügung stehende resultierende Bolzenquerschnitt die Querkräfte in der Trennfuge aufnehmen kann. Für das „Micro Cone Shifting“ sollten die Passelemente sehr dicht beieinander sein (z. B. jede Schraube ist ein Passelement), um wirksam örtliche Verformung zu verhindern. Beide Vorgehensweisen bedeuten einen sehr hohen Aufwand für die Fertigung, da die Passelemente erst nach dem Eindrehen/Selbstzentrieren eingebracht werden können, da sonst die Selbstzentrierung und damit die optimale Funktion verhindert/zerstört wird.
Eine weitere Möglichkeit stellen Zentrierabsätze dar. Um wirksam zu sein, müssen solche Absätze jedoch extrem genau gefertigt werden (am Besten eine Presspassung). Dies ist allerdings fertigungs- bzw. montagetechnisch extrem teuer, wenn nicht sogar bei sehr großen Lagerabmessungen unmöglich. Sind diese Absätze so gefertigt, dass sie wirksam sind, hindern sie das Lager an der Selbstzentrierung und zerstören damit von Anfang an die optimale Funktion des Lagers, d. h. die Lebensdauer sinkt. Es wird mutmaßlich mehr Schaden angerichtet, als Probleme gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Konzept zur Verformungssicherung von Lagerringelementen, insbesondere von Lagerringhälften, von axial geteilten Lagerringen bereitzustellen.
Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Aufgabe dadurch gelöst werden kann, indem zusätzlich zu einer kraftschlüssigen Kopplung (z.B. mittels einer Schraubverbindung) zweier axial geteilter Lagerringelemente, insbesondere zweier Lagerringhälften, die axial geteilten Lagerringelemente im Nachhinein zusätzlich form- und/oder stoffschlüssig vermittels eines in einem dafür vorgesehenen Aufnahmeraum eines Lagerringelements befindlichem aktivierbaren Expansionsmaterial verbunden werden. Dabei bedeutet „im Nachhinein“ zeitlich gesehen nach einem Auf- oder Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials in den Aufnahmeraum wenigstens eines der Lagerringelemente, nach einem Fügen der Lagerringelemente und nach einem Aktivieren des Expansionsmaterials.
Ausführungsbeispiele sehen dazu ein Verfahren zum Vormontieren zweier Lagerringelemente eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings vor. Beim Vormontieren wird ein Aufnahmeraum für ein später (z.B. bei einer Endmontage) aktivierbares Expansionsmaterial in eine in der Trennebene liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente eingeformt. Danach wird das aktivierbare Expansionsmaterial in den Aufnahmeraum eingebracht, bevor die beiden Lagerringelemente durch Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente derart vormontiert werden, sodass zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen ein geringer axialer Spalt verbleibt, der während einer Endmontage geschlossen werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen handelt es sich bei den Lagerringelementen um Lagerringhälften eines axial geteilten Wälzlagers, wobei die Oberflächen der gegenüberliegenden Stirnseiten der Lagerringhälften in der Trennebene liegen. Die Stirnseite einer axialen Lagerringhälfte, z.B. einer Lagerinnenringhälfte oder einer Lageraußenringhälfte, ist dabei ringförmig ausgebildet. Der Aufnahmeraum kann somit durch Einformen wenigstens einer in der ringförmigen Stirnfläche verlaufenden (flachen) Nut in wenigstens eine der Lagerringhälften eingebracht werden. Die Nut kann dabei eine axiale (d.h. in Richtung der Lagerringrotationsachse) Erstreckung von beispielsweise 0.1 % bis 10 % der axialen Erstreckung der Lagerringhälfte aufweisen, in welche die Nut für das aktivierbare adhäsive Material eingeformt wird.
Beim Vormontieren der beiden Lagerringelemente können die beiden Lagerringelemente beispielsweise derart flanschartig miteinander verschraubt werden, sodass zwischen ihren axial gegenüberliegenden Stirnflächen der axialer Spalt mit einer axialen Ausdehnung von 10 µm bis zu 1 mm, beispielsweise ca. 200 µm, verbleibt. Dieser Spalt, der sehr stark streuen kann, kann dann bei einer späteren Endmontage, welche beispielsweise beim Nutzer der des geteilten Wälzlagers stattfinden kann, geschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann also in einer der Lagerringhälften an deren Stirnseite schon vor oder während der Vormontage eine flache Nut eingebracht werden, die mit einem von (außen) aktivierbaren Expansionsmaterial, wie z.B. einem Expansionsklebstoff, gefüllt wird. Dabei kann der aktivierbare Expansionsklebstoff in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in die Nut, d.h. den Aufnahmeraum, eingebracht werden. Nach dem Einbringen des aktivierbaren Expansionsklebstoffs in den Aufnahmeraum kann dieser vorausgehärtet werden, sodass er unter Umgebungsbedingungen (z. B. bei einer Temperatur von –10° C bis +60° C) in vormontiertem Zustand der Lagerringelemente eine feste Konsistenz jedoch noch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist. Das darauffolgende 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 dieser volumenmäßig expandiert und adhäsiv wird und somit ein Klebeverbund der Lagerringhälften hergestellt wird.
Bei der kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente kann es sich beispielsweise um eine geschraubte flanschartige Verbindung der beiden Lagerringelemente handeln. Die Lagerringelemente können also in axialer Richtung mit Bohrungen versehen sein, durch bzw. in welche zur Montage der beiden Lagerringelemente in axialer Richtung Festlegungsschrauben geführt werden können. Selbstverständlich sind auch andere Verbindungen zur Vormontage der beiden Lagerringelemente bzw. -hälften denkbar, wie z.B. mittels Bolzen oder Stiften.
Die Vormontage der Lagerringelemente, d.h. das Einformen des Aufnahmeraums, das Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials und das kraftschlüssige Koppeln der beiden Lagerringelemente, kann beispielsweise bei einem Lager- oder Lagerringhersteller stattfinden.
Ausführungsbeispiele umfassen ebenfalls ein Verfahren zum Endmontieren zweier mittels einer kraftschlüssigen Kopplung vormontierter Lagerringelemente eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings, wobei wenigstens ein erstes der Lagerringelemente in der Trennebene eine Stirnseite mit einem Aufnahmeraum aufweist, der mit einem aktivierbaren Expansionsmaterial gefüllt ist, und wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen ein schmaler axialer Spalt vorgesehen ist. Bei der Endmontage, welche beispielsweise bei einem Nutzer bzw. Verbraucher eines geteilten Wälzlagers vorgenommen werden kann, werden die Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente zunächst in eine gewünschte Relativposition relativ zueinander ausgerichtet, z. B. in axialer Richtung. Danach werden die ausgerichteten Lagerringelemente durch Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials in dem Aufnahmeraum neben ihrer während der Vormontage erfolgten kraftschlüssigen Kopplung zusätzlich form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
Die beiden Lagerringelemente bzw. -hälften werden also gemäß Ausführungsbeispielen zunächst wie gewöhnlich gefügt und dann kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Nachdem die Verbindung besteht, wird der aktivierbare Expansionswerkstoff aktiviert und somit zur volumenmäßigen Expansion gebracht. Daraufhin wächst dieser im Volumen, füllt den Aufnahmeraum bzw. die Nut mehr oder weniger vollständig aus und bildet in einer Kontaktzone der beiden Fügepartner, d.h. der Lagerringelemente, gemäß manchen Ausführungsbeispielen eine Adhäsion aus. Somit wird der Spalt geschlossen und zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringelementen bzw. -hälften hergestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in beiden Lagerringelementen an deren Stirnseiten jeweils eine flache Nut eingebracht werden. Somit liegen sich bei dieser Ausführungsform die beiden Aufnahmeräume bzw. Nuten in vormontiertem Zustand in axialer Richtung gegenüber. In eine dieser Nuten wird ein von außen aktivierbarer und dann u.U. zusätzlich adhäsiver Werkstoff (z.B. Klebstoff, Polymer, Metallschaum, o. ä.) gefüllt. Klebstoff kann beispielsweise vorausgehärtet werden, so dass er unter Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur) eine feste Konsistenz jedoch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist. Polymere oder Metallschäume können derart eingebracht werden, dass sie einfach zu handhaben sind. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann also während der Vormontage in beide in der Trennebene liegende Stirnseiten beider Lagerringelemente jeweils ein Aufnahmeraum für das aktivierbare Expansionsmaterial eingebracht werden, wobei aber lediglich in einen der beiden Aufnahmeräume das aktivierbare Material eingebracht wird.
Die beiden Lagerringelemente bzw. -hälften werden auch hier wie gewöhnlich gefügt und dann während der Vormontage kraftschlüssig (z. B. mittels Verschraubung) miteinander verbunden. Nachdem die kraftschlüssige Verbindung besteht, kann der aktivierbare und nicht notwendigerweise klebende Expansionswerkstoff während der späteren Endmontage der Lagerringelemente aktiviert und somit zur Expansion gebracht werden. Daraufhin wächst dieser im Volumen, füllt sowohl die Ausnehmung, in die er eingebracht wurde, als auch die gegenüberliegende Ausnehmung bzw. Nut mehr oder weniger vollständig aus. Damit bildet der aktivierte und daraufhin expandierte (und u.U. zusätzlich klebende) Werkstoff ein drittes Element (Sperrelement), welches die beiden Lagerringelemente in radialer Richtung auch nach seiner Expansion in den Ausnehmungen formschlüssig verbindet.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann in beiden Lagerringelementen an deren Stirnseiten jeweils eine flache Nut eingebracht werden. In eine dieser Nuten wird ein von außen aktivierbarer und daraufhin expandierender Werkstoff gefüllt. Zusätzlich kann nun ein Sperrelement in den Aufnahmeraum bzw. die Nut mit dem expandierenden Werkstoff eingelegt werden. Bei dem Sperrelement kann es sich beispielsweise um einen zusammenhängenden oder segmentierten Ring handeln, dessen Durchmesser und Dicke an die ringförmigen Nutgeometrien angepasst sind.
Die beiden Lagerringhälften werden während der Vormontage wieder, wie gewöhnlich, gefügt und dann kraftschlüssig miteinander verbunden. Nachdem die kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringhälften besteht, wird der aktivierbare und gemäß manchen Ausführungsbeispielen adhäsive Werkstoff aktiviert und somit zur Expansion gebracht. Daraufhin wächst dieser im Volumen und füllt die Nut bzw. Ausnehmung, in die er eingebracht wurde mehr oder weniger vollständig aus. Das Sperrelement wird durch den expandierenden Werkstoff aus der einen Nut in die andere, gegenüberliegende Nut gedrückt. Dieses Sperrelement ist vorzugsweise höher, als die gegenüberliegende Nut tief ist, sodass das Sperrelement, wenn es in der gegenüberliegenden Nut zur Anlage kommt, auch in seine ursprüngliche Nut, in die es gegeben wurde, hineinragt. Gemäß machen Ausführungsbeispielen kann in den Aufnahmeraum mit dem aktivierbaren adhäsiven Material also zusätzlich ein an die Geometrie des Aufnahmeraums angepasstes Sperrelement eingebracht werden, das bei Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials in den nicht mit dem aktivierbaren Material gefüllten Aufnahmeraum geschoben wird, wobei das Sperrelement eine größere axiale Erstreckung aufweist als der nicht mit dem aktivierbaren adhäsiven Material gefüllte Aufnahmeraum.
Das Sperrelement kann gemäß manchen Ausführungsbeispielen auch so ausgeführt sein, dass es durch den im Aufnahmeraum expandierenden Werkstoff, der auch ein Explosionsstoff sein kann, verformt und so in die gegenüberliegende Nut gedrückt wird. Damit kann das Sperrelement eine radiale, formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringhälften ausbilden.
Die Volumenvergrößerung des aktivierbaren Werkstoffs kann nach dessen Aktivierung durch physikalisch oder chemisch wirkende (dem Werkstoff beigemischte) Treibmittel erzielt werden. Die Aktivierung des Werkstoffs kann beispielsweise durch Zuführen von Wärmeenergie, Induktion, oder auch Ultraschall o. ä. erfolgen.
Mögliche Werkstoffe zur Realisierung der gegebenen Anforderungen sind Schmelzklebstoffe (Hotmelts), welche durch Temperaturerhöhung aktiviert werden können. Es können Kontaktklebstoffe vorgesehen werden, welche durch Verdunstung des Lösungsmittels (am einfachsten durch Temperatur) aktiviert werden können. Als aktivierbares adhäsives Material kommen des Weiteren anaerob härtende Klebstoffe infrage, welche durch Luftabschluss, Metallionen und evtl. Temperatureinbringung aktiviert werden können. Außerdem sind expandierende Polymere (z. B. Polyurethane, etc.) oder expandierende Metallschäume (z. B. Aluminium oder Magnesium, mit entsprechenden Treibmitteln) vorstellbar.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird der aktivierbare Werkstoff zwar bei der Vormontage der Lagerringelemente bereits in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum eingebracht, ist dabei vor seiner Aktivierung allerdings noch nicht funktionsfähig bzw. adhäsiv. Grundsätzlich sind die vormontierten Lagerringelemente bzw. das daraus resultierende Lager jetzt schon funktionsfähig, wenn auch noch nicht zu 100% leistungsfähig. Nach der Endmontage der Lagerringelemente bzw. des Lagers, z. B. bei einem Abnehmer des Lagers, wird der aktivierbare Werkstoff aktiviert. Handelt es sich dabei beispielsweise um einen aktivierbaren Klebstoff, kann dieser in einen viskosen Aggregatszustand gebracht werden, sodass er die Fügepartner benetzen und daraufhin aushärten kann. Auf diese Weise kann der Kraftschluss der Schrauben-/Flanschverbindung der Vormontage um einen Stoffschluss der Klebung ergänzt werden. Da die Klebflächen im Bereich der Nut liegen, werden die Fügeflächen der kraftschlüssigen Verbindung in keiner Weise durch den Klebstoff beeinflusst. Füllt der ausgehärtete Klebstoff zwei axial gegenüberliegende Nuten aus, wird der Kraftschluss der Schrauben-/Flanschverbindung sogar um einen Formschluss der Klebung ergänzt. Gleiches gilt für einen expandierenden Polymer, einen expandierenden Metallschaum und/oder ein zusätzliches Sperrelement.
Dadurch, dass der aktivierbare Werkstoff während der Endmontage in der dafür vorgesehenen Ausnehmung verborgen ist, hat er keinen (negativen) Einfluss auf die beiden axial gegenüberliegen Stirn- bzw. Fügeflächen der Lagerringelemente. Der axiale Spalt zwischen den Lagerringelementen, der die Funktionsfähigkeit bestimmt, wird durch den in der Ausnehmung befindlichen aktivierbaren Werkstoff nicht beeinflusst. Ausführungsbeispiele können den Widerspruch lösen, dass die beiden axial gegenüberliegen Stirn- bzw. Fügeflächen der Lagerringelemente miteinander verklebt werden sollen, dieses Verkleben normalerweise aber die Verbindung/Funktion der Lagerringelemente verschlechtert, da es den Spalt in relativ unvorhersehbarer Weise vergrößert (Gemäß TRIZ z. B. Separation in Raum/Ort und Zeit/Prozessfolge). Die notwendige Lageranstellung wird durch die zusätzliche adhäsive Verbindung nicht beeinflusst, besonders in Bezug auf eine trennende oder abstandserhöhende Wirkung in der Trennfuge bzw. dem Spalt.
Beispielsweise nach einer Einbringung eines aktivierbaren Klebstoffs in die dafür vorgesehene Ausnehmung wird dieser vorausgehärtet, sodass er einen trockenen, nicht klebenden Zustand aufweist. Dadurch wird die Handhabung der vormontierten Lagerringe sehr vereinfacht. Der aktivierbare Kleb- bzw. Werkstoff wird von extern aktiviert, expandiert daraufhin und füllt durch die Expansion die Aufnahme- bzw. Hohlräume in den Stirnflächen der Fügepartner aus.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann der aktivierbare Werkstoff vorkonfektioniert (z. B. in Form von Bändern, etc.) werden. Dies kann die Applikation des Werkstoffs zusätzlich vereinfachen.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist also auf kostengünstige Weise ein stabiler Verbund beispielsweise von Lagerringhälften geteilter Innen- und/oder Außenlagerringe von Wälzlagern herstellbar.
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.
Des Weiteren kann eine erfindungsgemäße Klebung zusätzlich eine gewisse Dichtfunktion haben, sodass keine Medien durch die Füge- bzw. Passungsflächen zwischen den Lagerbzw. Laufringkomponenten dringen können.
Weitere Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung mit einem geteilten Lagerinnenring und einem darin für ein aktivierbares adhäsives Expansionsmaterial vorgesehenen Aufnahmeraum, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1b eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in X-Anordnung mit einem geteilten Lageraußenring und einem darin für ein aktivierbares adhäsives Expansionsmaterial vorgesehenen Aufnahmeraum, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung mit einem vor- und endmontierten geteilten Lagerinnenring, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung mit einem vor- und endmontierten geteilten Lagerinnenring, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
4 verschiedene Schnittansichten eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung in verschiedenen Montagezuständen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 1a und 1b zeigen Beispiele für axial geteilte Wälzlager 10, 20, zu deren Montage Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Die 1a zeigt eine Schnittansicht eines geteilt ausgebildeten Wälzlagers 10 in O-Anordnung. Das geteilte Wälzlager 10 weist einen axial geteilten Innenring 11 mit zwei Lagerinnenringelementen bzw. -hälften 11-1, 11-2 auf. Beide Lagerinnenringelemente 11-1, 11-2 dienen als innere Laufringe für Wälzkörper 12. Obwohl in der 1a exemplarisch zwei Reihen aus Zylinderrollen als Wälzkörper 12 angedeutet sind, können gleichermaßen selbstverständlich auch Kegelrollen, Kugeln, etc., als Wälzkörper 12 vorgesehen sein. Radial außen werden die zwei Wälzkörperreihen 12 von einem ungeteilten Lageraußenring 13 geführt. Sowohl die beiden Lagerinnenringhälften 11-1, 11-2, als auch der ungeteilte Lageraußenring 13 weisen in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Lagerrotationsachse 14, verlaufende Bohrungen 15 auf, durch welche Befestigung- bzw. Kopplungsmittel geführt werden können, um einerseits die beiden Lagerinnenringhälften 11-1, 11-2 kraftschlüssig miteinander zu koppeln, als auch um die gesamte Lageranordnung 10 beispielsweise an einem Lagergehäuse oder einer Lagerhaltung (nicht gezeigt) zu befestigen.
Im Unterschied zu der O-Anordnung der 1a, zeigt die 1b ein axial geteiltes Wälzlager 20 in X-Anordnung. Dabei verläuft eine Rotationsachse der Wälzkörper 12 derart, dass axial innenliegende Stirnflächen der Wälzkörper 12 in radialer Richtung weiter außen liegen als deren axial nach außen weisende Stirnflächen. Im Unterschied zu der 1a ist bei der X-Anordnung der 1b der Lagerinnenring 11 ungeteilt ausgeführt, wohingegen der Lageraußenring 13 zwei axial geteilte Lageraußenringelemente bzw. -hälften 13-1, 13-2 aufweist.
Beide Wälzlageranordnungen der 1a und 1b weisen also jeweils zwei Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 eines in einer rotationachsnormalen Trennebene 16 geteilten Lagerrings 11 (Lagerinnenring) bzw. 13 (Lageraußenring) auf.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen vor, dass während eines Vormontageprozesses ein Aufnahmeraum 17 für ein aktivierbares expandierendes und evtl. klebendes Material (Expansionsmaterial) 18 in eine in der Trennebene 16 liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 eingeformt wird. In den dargestellten Beispielen sind derartige Aufnahmeräume 17 exemplarisch in die Stirnseiten der Lagerringhälften 11-1 bzw. 13-1 eingeformt. Der Aufnahmeraum bzw. eine Ausnehmung 17 kann dabei beispielsweise als ringförmig umlaufende Nut in das Lagerringelement 11-1 bzw. 13-1 eingeformt sein, so wie es in den Schnittansichten der 1a und 1b exemplarisch gezeigt ist.
Nach dem Einformen des wenigstens einen Aufnahmeraums 17 in die in der Trennebene 16 liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 wird das aktivierbare Expansionsmaterial 18 in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum 17 eingebracht. Ein Expansionsklebstoff kann beispielsweise in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in den Aufnahmeraum 17 eingebracht werden.
Dabei ist das Expansionsmaterial 18 noch nicht aktiviert, d.h. noch nicht expandiert und/oder klebend.
Bei der Vormontage der axial geteilten zweireihigen Wälzlager 10 bzw. 20 kann nach dem Einbringen des aktivierbaren Materials 18 in den Aufnahmeraum 17 das aktivierbare Material 18 beispielsweise vorausgehärtet werden, so dass es unter Umgebungsbedingungen, d.h. beispielsweise in einem Temperaturbereich von –20 bis 60 °C, in dem vormontiertem Zustand der Lagerringelemente bzw. -hälften 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 beispielsweise noch keine expandierenden und/oder adhäsiven, d.h. klebenden, Eigenschaften aufweist. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann das aktivierbare adhäsive Material 18 ein aktivierbarer Expansionsklebstoff sein, der während der Vormontage in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in den Aufnahmeraum 17 eingebracht wird.
Nach dem Einbringen des aktivierbaren expandierenden und/oder adhäsiven Materials 18 in den Aufnahmeraum 17 können die beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 durch Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente fertig vormontiert werden, wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 ein geringer axialer Spalt verbleibt (in den 1a und 1b nicht explizit dargestellt), welcher während einer später erfolgenden Endmontage des geteilten Wälzlagers 10 bzw. 20 geschlossen werden kann. Die kraftschlüssige axiale Kopplung der beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 kann beispielsweise mittels einer kraftschlüssigen Schraubverbindung durch die dafür vorgesehenen axial verlaufenden Bohrungen 15 erfolgen.
Die gesamte Vormontage der Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 bzw. der daraus resultierenden Wälzlager 10 bzw. 20 kann beispielsweise bei einem Lagerhersteller erfolgen. Die so vormontierten Lager, bei denen sich der in der Ausnehmung 17 befindliche Expansionswerkstoff 18 noch in deaktiviertem, d.h. nicht expandierten und nicht klebendem Zustand befindet, kann daraufhin in dieser vormontierten Form von dem Lagerhersteller zu einem Einsatzort des Lagers 10 bzw. 20 transportiert werden, wo dann eine Endmontage des Lagers stattfinden kann.
Anhand der 2 wird im Nachfolgenden ein Verfahren für eine Endmontage zweier mittels einer kraftschlüssigen axialen Kopplung vormontierter Lagerringelemente eines in einer rotationsachsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings 10 beschrieben.
Wie es bezugnehmend auf die 1a, 1b und den Vormontageprozess bereits beschrieben wurde, weist ein erstes Lagerringelement 11-1 der vormontierten Lagerringelemente in der Trennebene eine Stirnseite mit einem ersten Aufnahmeraum 17-1 auf, der mit dem aktivierbaren Material 18 gefüllt. Zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen 11-1, 11-2 ist ein geringer axialer Spalt (in 2 nicht explizit dargestellt) in einem Bereich von 10 µm bis 1 mm, beispielsweise ca. 200 µm, vorgesehen. In einem ersten Schritt der Endmontage werden die einander zugewandten Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente 11-1, 11-2 in eine gewünschte Relativ- bzw. Fügeposition zueinander gebracht, vorzugsweise in axialer Richtung (eine radiale Relativposition wurde bereits während der Vormontage eingestellt). Dies kann beispielsweise durch Anziehen und/oder Lösen bzw. Lockern von während der Vormontage eingestellten Schraubverbindungen durch die Bohrungen 15 geschehen. Zusätzlich oder alternativ können die Lagerringhälften 11-1, 11-2 auch nochmals radial zueinander ausgerichtet werden, bis sie die gewünschte Relativposition zueinander haben. Sind die beiden Lagerringhälften 11-1, 11-2 bzw. ihre einander zugewandten Stirnseiten wie gewünscht zueinander ausgerichtet, wird der in dem Aufnahmeraum 17 befindliche aktivierbare Werkstoff 18 aktiviert, woraufhin er volumenmäßig aus dem Aufnahmeraum 17-1 bzw. aus entsprechenden der Stirnfläche hinaus expandiert.
Obwohl gemäß manchen Ausführungsbeispielen in nur einem der beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 ein Aufnahmeraum für den Expansionswerkstoff 18 vorgesehen sein kann, sehen manche Ausführungsbeispiele auch in dem zweiten Lagerringelement 11-2 einen zweiten Aufnahmeraum 17-2 vor, der mit dem ersten Aufnahmeraum 17-1 derart zusammenwirkt, das sich nach der Aktivierung des aktivierbaren Materials 18 dieses axial von dem ersten Aufnahmeraum 17-1 heraus in den zweiten Aufnahmeraum 17-2 hinein expandiert. D.h., bei manchen Ausführungsbeispielen wird in beide in der Trennebene 16 liegende Stirnseiten der beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 jeweils ein Aufnahmeraum 17-1 bzw. 17-2 für das aktivierbare Material 18 eingeformt, wobei während der Vormontage lediglich in einen der beiden Aufnahmeräume 17-1 oder 17-2 das aktivierbare Material 18 eingebracht wird.
Wie es aus der 2 zu erkennen ist, bildet der während der Endmontage aktivierte und expandierte Werkstoff 18, der sich nach seiner Expansion axial aus dem ersten Aufnahmeraum 17-1 in den zweiten Aufnahmeraum 17-2 hinein erstreckt ein weiteres Verbindungsbzw. Sperrelement, welches die beiden Lagerringhälften 11-1, 11-2 auch in radialer Richtung formschlüssig festlegt.
Die 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der während der Vormontage (siehe 3, links) zusätzlich zu dem aktivierbaren Werkstoff 18 ein Sperrelement 31 mit in den Aufnahmeraum 17-1 eines ersten Lagerringelements 11-1 gegeben wird. Bei dem Sperrelement 31 kann es sich beispielsweise um einen zusammenhängenden Ring oder einen segmentiert ausgebildeten Ring handeln.
Bei der Vormontage werden die beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 wie gewöhnlich gefügt und kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung durch die Bohrungen 15. Nachdem die kraftschlüssige Kopplung der beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 besteht, wird der in dem Aufnahmeraum 17-1 befindliche Werkstoff 18 während der Endmontage (siehe 3, rechts) aktiviert und somit zur Expansion gebracht. Daraufhin wächst dieser im Volumen und füllt die Ausnehmung 17-1, in die er eingebracht wurde mehr oder weniger vollständig aus. Das Sperrelement 31 wird durch den expandierenden Werkstoff 18 aus der ersten Ausnehmung 17-1 in eine dazu korrespondierende zweite Ausnehmung 17-2 des zweiten Lagerringelements 11-2 gedrückt. Eine axiale Erstreckung des Sperrelements 31 ist größer, als die zweite Ausnehmung 17-2 tief ist, sodass das Sperrelement 31, wenn es in der zweiten Ausnehmung 17-2 zur Anlage kommt, axial in die erste Ausnehmung 17-1 hineinragt. Somit wird durch das Sperrelement 31 zusätzlich eine formschlüssige Verbindung in radialer Richtung gebildet. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Sperrelement 31 auch derart ausgeführt sein, dass es durch den expandierenden Werkstoff 18, der auch ein Explosionsstoff sein kann, zumindest teilweise verformt und so in die gegenüberliegende, korrespondierende Ausnehmung 17-2 gedrückt wird. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann in den Aufnahmeraum 17-1 mit dem aktivierbaren expansiven bzw. adhäsiven Material 18 während der Vormontage also zusätzlich auch ein an die Geometrie des Aufnahmeraums 17-1 angepasstes Sperrelement 31 eingebracht werden, das bei Aktivierung des aktivierbaren expansiven bzw. adhäsiven Materials 18 in den nicht mit dem aktivierbaren Material 18 gefüllten Aufnahmeraum 17-2 des zweiten Lagerringelements 11-2 geschoben wird, wobei das Sperrelement 31 eine größere axiale Erstreckung aufweist als der nicht mit dem aktivierbaren adhäsiven Material gefüllte zweite Aufnahmeraum.
Zusammenfassend soll nun anhand der 4 eine Vormontage bei einem Lagerhersteller, ein Transport eines vormontierten Lagers vom Lagerhersteller zum Einsatzort und eine Endmontage des vormontierten Lagers an dessen Einsatzort verdeutlicht werden.
Wie es in der 4 (links) angedeutet ist, werden beispielsweise bei einem Lagerhersteller Lagerringe 13 und Lagerringhälften 11-1, 11-2 eines in einer achsnormalen Trennebene 16 geteilten Lagerrings 11 zu einem zweireihigen Wälzlagers 10 vormontiert. Dazu wird in wenigstens eine der Lagerringhälften 11-1 eine ringförmige Ausnehmung 17 für ein aktivierbares Expansionsmaterial 18 in eine in der Trennebene liegende Stirnseite der Lagerringhälfte 11-1 eingeformt. In diese Einformung 17 wird anschließend das aktivierbare Material 18 in noch nicht aktiviertem Zustand angebracht. Für einen nachfolgenden Transport können die beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 durch Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung noch beim Lagerhersteller vormontiert werden, wobei zwischen den beiden vormontierten bzw. axial gekoppelten Lagerringelementen 11-1, 11-2 zunächst noch ein axialer Spalt 41 mit einer axialen Ausdehnung von in einem Bereich von 10 µm bis 200 µm verbleibt, der während der späteren Erfolgen Endmontage geschlossen werden kann.
Das vormontierte Wälzlager 10 (z. B. ein zweireihiges Kegelrollenlager) wird anschließend als ein Paket bzw. eine Einheit zu seinem Einsatzort transportiert, befindet sich dabei allerdings noch nicht in seiner Endgeometrie (siehe 4, Mitte). Zwischen den beiden Innenringhälften 11-1, 11-2 (oder auch Außenringhälften bei anderen Ausführungsbeispielen) befindet sich der axiale Spalt 41. Erst wenn dieser Spalt 41 geschlossen ist, ist die radiale Vorspannung des Wälzlagers 10 hergestellt und das Lager somit funktionsfähig.
Am Einsatzort kann das vormontiert transportierte Lager 10 dann, wie bereits beschrieben wurde, durch axiales (und evtl. auch radiales) Ausrichten der gegenüberliegenden Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente 11-1, 11-2 in eine gewünschte Relativposition zueinander und anschließender zusätzliches stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden der ausgerichteten Lagerringelemente 11-1, 11-2 durch Aktivierung des Expansionsmaterials 18 indem Aufnahmeraum 17 endmontiert werden (siehe 4, rechts).
Dabei wird beim Ausrichten die mit dem Aufnahmeraum 17 versehene Stirnseite des ersten Lagerringelements 11-1 mit der ihr zugewandten Stirnseite des zweiten Lagerringelements 11-2 zur Deckung gebracht, um das erste und zweite Lagerringelement in ihrer Trennebene 16 zu einem geteilten Lagerring 11 zu fügen. Dabei werden gemäß manchen Ausführungsbeispielen auch die in die Stirnflächen eingeformten Aufnahmeräume 17-1, 17-2 bzw. deren Öffnungen zur Deckung gebracht.
Bei der Aktivierung des aktivierbaren Werkstoffs 18 kann dessen Expansionseigenschaft aktiviert werden, so dass sich das aktivierte Material in dem wenigstens einen Aufnahmeraum 17 volumenmäßig derart ausdehnt, so dass beispielsweise bei einem aktivierbaren adhäsiven Werkstoff 18 ein adhäsiver Verbund des ersten Lagerringelements 11-1 mit dem zweiten Lagerringelement 11-2 in der achsnormalen Trennebene 16 bewirkt wird.
Nachdem nach der Aktivierung des aktivierbaren Materials 18 die stoff- und/oder formschlüssige 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.
Zum Einsatz kommen kann als aktivierbares Material 18 ein Klebstoff, der bei typischen Umgebungstemperaturen (z.B. zwischen 0° C und 50 °C) eine feste Konsistenz hat. Der Klebstoff 18 hat demgemäß bei typischen Umgebungstemperaturen nicht nur eine feste Konsistenz, er weist auch keine adhäsive Eigenschaft auf.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 17 in der Stirnseite 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 Härter für eine reaktionsfähige Bindemittel-Komponente (beispielsweise ein Präpolymer mit Epoxid- oder Isocyanat-Gruppen) aktiviert wird.
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 Härter ist beispielsweise Dicyandiamid geeignet.
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 Härter 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.
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.
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.
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.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen auch ein Wälzlager, welches miteinander vermittels des Expansionswerkstoffs 18 form- und/oder stoffschlüssig verbundene Innen- und/oder Außenlagerringhälften umfasst. Dabei weist jeweils eine der Innenoder Außenlagerringhälften in ihrer Stirnseite, die zumindest teilweise in der achsnormalen Trennebene des Wälzlagers liegt, einen Aufnahmeraum 17 für einen aktivierbaren Expansionswerkstoff 18 auf. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen dementsprechend natürlich auch einen Lagerring 11, 13 für ein Wälzlager mit wenigstens einem ersten Lagerringelement, wobei das erste Lagerringelement und ein zweites Lagerringelement durch ein in dem Aufnahmeraum 17 des ersten Lagerringelements aktiviertes Expansionsmaterial 18 an den Stirnflächen der Lagerringelemente zu dem Lagerring 11, 13 form- und/oder stoffschlüssig (durch Verklebung) verbunden sind.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept wird also während der Vormontage in einem der Lagerringe bzw. einer der Lagerringhälften an dessen Stirnseite beispielsweise eine flache Nut eingebracht, die mit einem von außen aktivierbaren Expansionsmaterial (z. B. Expansionsklebstoff) gefüllt werden kann. Dabei kann beispielsweise eine Klebstoffeinbringung pastös oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands erfolgen. 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 wächst 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.
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.
Da die Klebeflächen im Bereich der Nut liegen, werden die Fügeflächen (Stirnflächen) der kraftschlüssigen Verbindung in keiner Weise durch den Klebstoff beeinflusst.
Eine notwendige Lageranstellung wird durch die Verbindung nicht beeinflusst, insbesondere in Bezug auf eine trennende oder abstandserhöhende Wirkung in der Trennfuge.
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.
Die Klebung liefert zusätzlich eine gewisse Dichtfunktion, sodass keine Medien durch die Passungsflächen zwischen den Ringkomponenten dringen können.
Bezugszeichenliste

10: geteiltes Wälzlager in X-Anordnung
11: geteilter oder ungeteilter Lagerinnenring
11-1: erste Lagerinnenringhälfte
11-2: zweite Lagerinnenringhälfte
12: Wälzkörper
13: geteilter oder ungeteilter Lageraußenring
13-1: erste Lageraußenringhälfte
13-2: zweite Lageraußenringhälfte
14: Lagerrotationsachse
15: axiale Bohrung
16: rotationsachsnormale Trennebene
17: Aufnahmeraum für aktivierbares Expansionsmaterial
18: aktivierbares Expansionsmaterial
20: geteiltes Wälzlager in O-Anordnung
31: Sperrelement
41: axialer Spalt zwischen kraftschlüssig gekoppelten Lagerringelementen

Claims

Verfahren zum Vormontieren zweier Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) eines in einer achsnormalen Trennebene (16) geteilten Lagerrings (11; 13), mit fol genden Schritten: Einbringen eines Aufnahmeraums (17) für ein aktivierbares Expansionsmaterial (18) in eine in der Trennebene (16) liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2); Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in den Aufnahmeraum (17); und Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2), wobei zwischen den beiden kraftschlüssig gekoppelten Lagerringelementen ein axialer Spalt (41) verbleibt, der während einer Endmontage geschlossen werden kann.
Das Verfahren zum Vormontieren nach Anspruch 1, wobei das aktivierbare Expansionsmaterial (18) ausgebildet ist, um nach seiner Aktivierung volumenmäßig in dem Aufnahmeraum (17) zu expandieren.
Das Verfahren zum Vormontieren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das aktivierbare Expansionsmaterial (18) nach seiner Aktivierung zusätzlich eine adhäsive Eigenschaft aufweist.
Das Verfahren zum Vormontieren nach Anspruch 3, wobei nach dem Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in den Aufnahmeraum (17; 17-1; 17-2) das aktivierbare Expansionsmaterial (18) vorausgehärtet wird, sodass es unter Umgebungsbedingungen in vormontiertem Zustand der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) noch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist.
Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aktivierbare Expansionsmaterial (18) ein aktivierbarer Expansionsklebstoff ist und der Expansionsklebstoff (18) in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in den Aufnahmeraum (17) eingebracht wird.
Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in beide in der Trennebene (16) liegende Stirnseiten der beiden Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) gegenüberliegend jeweils ein Aufnahmeraum (17-1; 17-2) für das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, und wobei lediglich in einen ersten der beiden Aufnahmeräume (17-1; 17-2) das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, sodass das aktivierbare Expansionsmaterial (18) nach seiner Aktivierung volumenmäßig von dem ersten Aufnahmeraum (17-1; 17-2) in den gegenüberliegenden zweiten Aufnahmeraum expandieren kann, um daraufhin eine formschlüssige Verbindung der beiden Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) mittels des expandierten Expansionsmaterials (18) zu erhalten.
Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in beide in der Trennebene (16) liegende Stirnseiten der beiden Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) gegenüberliegend jeweils ein Aufnahmeraum (17-1; 17-2) für das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, wobei lediglich in einen der beiden Aufnahmeräume (17-1; 17-2) das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, und wobei in den Aufnahmeraum (17-1) mit dem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) zusätzlich ein an die Geometrie des Aufnahmeraums (17-1; 17-2) angepasstes Sperrelement (31) eingebracht wird, das bei Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in den nicht mit dem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) gefüllten Aufnahmeraum (17-2) geschoben wird, wobei das Sperrelement (31) eine größere axiale Erstreckung aufweist als der nicht mit dem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) gefüllte Aufnahmeraum (17-2).
Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Herstellen der kraftschlüssigen Kopplung die beiden Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) derart verschraubt werden, dass zwischen ihren axial gegenüberliegenden Stirnflächen der axialer Spalt (41) mit einer axialen Ausdehnung von 10 µm bis 1 mm verbleibt.
Verfahren zum Endmontieren zweier mittels einer kraftschlüssigen Kopplung vormontierter Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings (11; 13), wobei wenigstens ein erstes der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) in der Trennebene eine Stirnseite mit einem Aufnahmeraum (17; 17-1; 17-2) aufweist, der mit einem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) gefüllt ist, und wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) ein axialer Spalt (41) vorgesehen ist, mit folgenden Schritten: Ausrichten der Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) in eine gewünschte Relativposition relativ zueinander; und Form- und/oder stoffschlüssiges Verbinden der ausgerichteten Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) bei der Endmontage durch Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in dem Aufnahmeraum (17; 17-1; 17-2).
Das Verfahren zum Endmontieren nach Anspruch 9, wobei bei dem Ausrichten ein axialer Spalt zwischen der mit dem Aufnahmeraum (17) versehenen Stirnseite des ersten Lagerringelements (11-1; 13-1) und einer Stirnseite eines zweiten Lagerringelements (11-2; 13-2) geschlossen wird, um das erste und zweite Lagerringelement (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) in der Trennebene (16) zu einem Lagerring (11; 13) zu fügen.