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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lagerkäfigsegment für Wälzlager, einen aus derartigen Lagerkäfigsegmenten und Montageseilen gebildeten Lagerkäfig und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lagerkäfigs.
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Lagerkäfige für Wälzlager bestehen im Allgemeinen aus zwei in einem axialen (d.h. in Richtung einer Lagerrotationsachse) 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, was Reibung und damit Wärmeentwicklung im Lager typischerweise verringert. 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.
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Wälzlagerkäfige werden im Betrieb durch Reibungs-, Zerr- und Trägheitskräfte mechanisch stark beansprucht. Dazu können unter Umständen auch chemische Einwirkungen durch bestimmte Zusätze und Substanzen kommen. Formgebung und Werkstoffwahl sind deshalb für eine Funktionstüchtigkeit des Käfigs ebenso wie für eine Betriebszuverlässigkeit des Lagers, insgesamt von entscheidender Bedeutung.
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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.
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Kunststoffmassivkäfige, die oftmals mittels Spritzgussverfahren gefertigt werden, zeichnen sich durch eine günstige Kombination von Festigkeit und Elastizität aus. Gute Gleiteigenschaften von Kunststoff auf geschmierten Stahlflächen und eine geringe Rauheit der Käfigoberflächen an Berührungsstellen mit Wälzkörpern haben eine niedrige Käfigreibung, eine entsprechend geringe Wärmeentwicklung im Lager und einen kaum messbaren Verschleiß zur Folge. Wegen der geringen Werkstoffdichte bleiben auch Kräfte aus der Massenträgheit des Käfigs klein. Dank sehr guter Notlaufeigenschaften von Kunststoffkäfigen bleibt ein Lager selbst bei völligem Versagen der Schmierung noch für einige Zeit funktionsfähig, ohne dass es zum Blockieren des Lagers oder zu weiteren Folgeschäden kommt.
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Bei Kunststoffen für herkömmlich gespritzte Wälzlagerkäfige kann es sich beispielsweise um Polyamid 66, Polyamid 46, Polyetheretherketon (PEEK), Phenolharz oder auch einen anderen Polymerwerkstoff handeln.
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Große Wälzlager, wie z. B. Kegelrollenlager, ab einem Lagerdurchmesser von beispielsweise > 300 mm, können meist nur mit einem Stahl-Bolzen-Käfig bzw. mit einem Stahlkäfig getrennt montiert werden. Beide Käfigarten sind in ihrer Herstellung sehr teuer. Bei alternativen Kunststoffkäfigen besteht allerdings allgemein das Problem darin, dass diese für mittlere bis große Lagerdurchmesser, beispielsweise ab einem Durchmesser von ca. 300 mm, fertigungstechnisch nur schwer bzw. nicht in geforderter Qualität herstellbar sind. Dies liegt unter anderem an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kunststoff, der gegenüber dem von Stahl wesentlich größer ist, so dass es bei Wärmeentwicklung zu einer Klemmwirkung der Wälzkörper in einem reinen Kunststoffkäfig kommen kann. Durch den erhöhten Wärmeausdehnungskoeffizienten kann eine Schulterführung eines Kunststoffkäfigs nicht sichergestellt werden. Des Weiteren wird durch den erhöhten Wärmeausdehnungskoeffizienten auch eine Maßhaltigkeit in Relation zu dem Lagerkäfigdurchmesser verschlechtert. Auch die Festigkeit von Kunststoff ist in radialer Richtung gegenüber Metall, wie beispielsweise Stahl, deutlich eingeschränkt. Um Kunststoffkäfige mit derart großen Durchmessern herzustellen, wären zudem komplizierte Spritzgusswerkzeuge nötig, was wiederum zu nicht akzeptabel hohen Herstellungskosten führen würde.
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Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für mittlere bis große Lagerdurchmesser ab ca. 300 mm, Lagerkäfige mit einer für kleinere Kunststoffkäfige typischen und günstigen Kombination aus Festigkeit, Elastizität und Gleitverhalten bereitzustellen. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Lagerkäfig bereitzustellen, welcher möglichst einfach und unkompliziert montiert werden kann.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen dazu einen kombinierten Lagerkäfig vor, der eine Kombination aus einer Mehrzahl von Lagerkäfigsegmenten und wenigstens einem Montageseil aufweist, entlang dessen Umfang, d.h. in Umfangs- bzw. Tangentialrichtung, die Lagerkäfigsegmente platziert werden. Gemäß Ausführungsbeispielen handelt es sich vorzugsweise um Metall- oder Kunststofflagerkäfigsegmente bzw. kombinierte Metall-Kunststofflagerkäfigsegmente und um ein oder mehrere Montageseile aus Metall, wie z. B. Stahl.
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Für eine Montage des Lagerkäfigs können die Lagerkäfigsegmente auf das wenigstens eine Montageseil aufgefädelt werden, oder umgekehrt. Das bedeutet, dass beispielsweise auch die einzelnen Lagerkäfigsegmente zuerst ringförmig angeordnet werden können, beispielsweise durch deren Platzierung entlang des Umfangs eines Lagerinnenrings, und danach ein Montageseil durch entsprechende Kopplungsanordnungen der Lagerkäfigsegmente gefädelt oder geführt wird. Nach dem Auf- bzw. Durchfädeln des Montageseils durch die Kopplungsanordnungen der einzelnen Lagerkäfigsegmente kann das wenigstens eine Montageseil mittels einer Spannvorrichtung derart gespannt werden, dass der aus dem wenigstens einen Montageseil und der darauf aufgefädelten Lagerkäfigsegmente gebildete Lagerkäfig sicher auf dem Lagerinnenring gehalten wird.
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Ein Lagerkäfigsegment weist gemäß Ausführungsbeispielen zwei in einer Umfangsrichtung verlaufende Umfangs- bzw. Seitenstege und wenigstens einen die Umfangsstege verbindenden Verbindungssteg auf. Das Lagerkäfigsegment umfasst ferner eine Kopplungsanordnung, die ausgebildet ist, um das Lagerkäfigsegment auf wenigstens einem Montageseil anzuordnen, so dass mittels zweier in der Umfangsrichtung benachbart auf dem Montageseil angeordneter bzw. aufgefädelter Lagerkäfigsegmente eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers gebildet werden kann.
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Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann ein Lagerkäfigsegment aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polyamid 66, Polyamid 46, Polyetheretherketon (PEEK), Phenolharz oder auch einem anderen Polymerwerkstoff gebildet sein. Lagerkäfigsegmente aus Metall oder einer Metall-Kunststoff Kombination sind ebenso möglich.
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Manche Ausführungsbeispiele von Lagerkäfigsegmenten können genau einen die Umfangsstege verbindenden Verbindungssteg aufweisen, so dass mittels zweier in der Umfangsrichtung benachbart auf dem Montageseil angeordneter Lagerkäfigsegmente auch nur genau eine Wälzkörpertasche gebildet wird. Andere Ausführungsbeispiele von Lagerkäfigsegmenten können auch zwei die beiden axial gegenüberliegenden Umfangsstege verbindende Verbindungsstege aufweisen, so dass bereits durch die jeweils zwei Verbindungsund Umfangsstege eines Lagerkäfigsegments eine Wälzkörpertasche gebildet wird. In diesem Fall werden mittels zweier in der Umfangsrichtung benachbart auf dem Montageseil angeordneter Lagerkäfigsegmente zwei Wälzkörpertaschen gebildet. Selbstverständlich können Lagerkäfigsegmente gemäß Ausführungsbeispielen auch mehr als zwei Verbindungsstege aufweisen, so dass demzufolge auch mehr als zwei Wälzkörpertaschen in einem Lagerkäfigsegment ausgebildet sein können.
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Die Kopplungsanordnung eines Lagerkäfigsegments kann beispielsweise eine an wenigstens einen der Umfangsstege an- bzw. eingeformte Aufnahme zum formschlüssigen Aufnehmen des wenigstens einen Montageseils umfassen. Dazu kann die Kopplungsanordnung beispielsweise an den Umfangsstegen angeformte rinnenartige Aufnahmen für das wenigstens eine Montageseil aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können an den Umfangsstegen auch Durchführungen vorgesehen sein, durch welche das wenigstens eine Montageseil geführt werden kann, und welche das wenigstens eine Montageseil vollständig umschließen. Dabei können die rinnenartigen Aufnahmen und/oder die Durchführungen axial außenliegend an die Umfangsstege an- bzw. eingeformt sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Aufnahmen und/oder Durchführungen auch an axial innenliegenden, d.h. axial einander zugewandten Seiten der Umfangsstege angeordnet sein. In anderen Worten ausgedrückt können die Aufnahmen oder Durchführungen für das wenigstens eine Montageseil gemäß einer Ausführungsform in einer einem zweiten Umfangssteg zugewandten Seite eines ersten Umfangsstegs eingeformt sein. Dies bedeutet, dass die an den Umfangsstegen eingeformten Montageseildurchführungen auf axial einander zugewandten Seiten der gegenüberliegenden Umfangsstege liegen, so dass ein Montageseil nicht auf einer Stirnseite eines so gebildeten Lagerkäfigs liegt, sondern vielmehr näher an einem Außen- oder Innenringmantel. Dadurch kann der Lagerring näher an den Wälzkörpern, beispielsweise Kegelrollen, sitzen und wird somit formstabiler. Es werden somit weniger Kippmomente erzeugt. Des Weiteren kann in axialer Richtung Platz eingespart werden, was wiederum – in axialer Richtung gesehen – zu insgesamt schlankeren Lagern führen kann. Andere Ausführungsformen erlauben aber selbstverständlich auch, dass die Aufnahmen für das wenigstens eine Montageseil an einer einem zweiten Umfangssteg abgewandten Seite eines ersten Umfangsstegs angeformt sind. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die an den Umfangsstegen ein- bzw. angeformten Montageseildurchführungen auf axial einander abgewandten Seiten der gegenüberliegenden Umfangsstege liegen, so dass ein Montageseil auf einer Stirnseite eines so gebildeten Lagerkäfigs liegt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch ein Lagerkäfig für ein Wälzlager, wie z. B. ein Kegelrollenlager, vorgesehen, der aus einer Mehrzahl von auf wenigstens einem Montageseil angeordneter Lagerkäfigsegmente gebildet ist. Ein derartiger Lagerkäfig weist gemäß Ausführungsbeispielen also eine Mehrzahl von Lagerkäfigsegmenten zur Aufnahme von Wälzkörpern in durch die Lagerkäfigsegmente gebildete Wälzkörpertaschen auf, wobei jedes der Lagerkäfigsegmente eine Kopplungsanordnung aufweist, die ausgebildet ist, um das Lagerkäfigsegment mittels der Kopplungsanordnung auf wenigstens einem Montageseil aufzufädeln, das an eine Ringkontur des Wälzlagers anpassbar ist. Ferner weist der Wälzlagerkäfig wenigstens ein Montageseil auf, um die Mehrzahl der Lagerkäfigsegmente mittels ihrer jeweiligen Kopplungsanordnungen derart auf das Montageseil auffädeln zu können, so dass mittels zweier in der Umfangsrichtung benachbart auf dem Montageseil aufgefädelter Lagerkäfigsegmente wenigstens eine Wälzkörpertasche gebildet werden kann.
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Bevorzugt umfasst ein derartiger Lagerkäfig zwei an gegenüberliegenden Umfangsstegen der Mehrzahl der Lagerkäfigsegmente anordenbare Montageseile. Ein solches Montageseil kann beispielsweise aus Kunstfasern oder einem Metall, insbesondere aus Stahl, hergestellt sein. Dies verleiht einem Hybridkäfig gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine bei Wälzlagern geforderte radiale Stabilität.
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In einem montierten Zustand des Lagerkäfigs kann eine Ringform des wenigstens einen Montageseils durch eine Ringform eines Lagerinnenrings vorgegeben sein, auf dem die Wälzkörper in montiertem Zustand des Wälzlagers abrollen. D.h., nach einer Montage des kombinierten Lagerkäfigs auf einen Lagerinnenring entspricht, je nach radialer Positionierung der Kopplungsanordnung, ein Umfang des (gespannten) Montageseils ungefähr dem Teilkreisumfang des so gebildeten Wälzlagers.
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Um nach einer Montage des Lagerkäfigs das wenigstens eine Montageseil zu spannen, ist gemäß manchen Ausführungsbeispielen zusätzlich eine Spannvorrichtung vorgesehen, so dass sich der durch die aufgefädelten Lagerkäfigsegmente gebildete Lagerkäfig in montiertem Zustand an eine Außenkontur eines Lagerinnenrings des Wälzlagers anpassen kann und die von dem Lagerkäfig gehaltenen Wälzkörper auf dem Lagerinnenring abrollen können. Während einer Montage des Lagerkäfigs können somit die Lagerkäfigsegmente beispielsweise auf zunächst lose Montageseile aufgefädelt werden, um anschließend den so gebildeten zunächst losen Lagerkäfig um einen Lagerinnenring herum zu legen. Um den Lagerkäfig dann auch auf dem Lagerinnenring zu halten, können die Montageseile dann mittels einer Spannvorrichtung derart gespannt und auf Spannung gehalten werden, dass sich die einzelnen Käfigsegmente des Hybridkäfigs in Umfangsrichtung an die Kontur des Lagerinnenrings „anschmiegen“.
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Entsprechend dem vorhergehend beschriebenen Montageprozess umfassen Ausführungsbeispiele demnach auch ein Verfahren zum Herstellen bzw. Montieren eines Lagerkäfigs für ein Wälzlager mit einem Schritt des Bereitstellens wenigstens eines Montageseils, einem Schritt des Bereitstellens einer Mehrzahl von Lagerkäfigsegmenten zur Aufnahme von Wälzkörpern, wobei jedes der Lagerkäfigsegmente eine Kopplungsanordnung aufweist, die ausgebildet ist, um das Lagerkäfigsegment auf dem wenigstens einen Montageseil anzuordnen, und einem Schritt des Auffädelns der Mehrzahl der Lagerkäfigsegmente auf das wenigstens eine Montageseil, oder umgekehrt, so dass mittels zweier in der Umfangsrichtung benachbart auf dem Montageseil angeordneter Lagerkäfigsegmente wenigstens eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers gebildet wird.
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Dabei kann das Auffädeln vor, während oder nach einer Montage der Mehrzahl der Lagerkäfigsegmente auf einen Lagerinnenring stattfinden, wobei dabei zum (Ent-)Koppeln des Montageseils mit zu einer Montageposition axial entferntseitig liegenden Kopplungsanordnungen eine (De-)Montagevorrichtung benutzt werden kann, die ausgebildet ist, um ein Ende des Montageseils aus der Montageposition hin zu einer axial entferntseitigen Kopplungsanordnung, durch die axial entferntseitigen Kopplungsanordnungen sämtlicher auf dem Lagerinnenring befindlicher Lagerkäfigsegmente hindurch und wieder zurück in Richtung Montageposition befördern. Dabei kann sich die Montageposition beispielsweise an einer Stirnseite des Wälzlagers bzw. des Wälzlagerkäfigs befinden, sodass die dazu gegenüberliegende (entferntseitige) Stirnseite des Lagerkäfigs schwer bzw. überhaupt nicht zugänglich ist.
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Die (De-)Montagevorrichtung kann dabei eine axiale Traverse mit zwei in axialer Richtung getrennt verlaufenden Durchführungen aufweisen, welche an einem axial entferntseitigen Ende der Traverse in unterschiedliche Umfangsrichtungen münden, um das Ende des Montageseils zunächst in Umfangsrichtung einer Kopplungsanordnung zuzuführen und nach dem Auffädeln das Ende des Montageseils wieder aus der Umfangsrichtung axial nach außen hin umzulenken.
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Nach dem Auffädeln kann das wenigstens eine Montageseil mittels einer Spannvorrichtung gespannt werden, so dass sich der durch die aufgefädelten Lagerkäfigsegmente gebildete Lagerkäfig beispielsweise an eine Kontur eines Lagerinnenrings des Wälzlagers anpasst.
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Ist der Lagerkäfig samt Wälzkörper und Lagerringen zu einem Wälzlager montiert worden, beispielsweise in einer Überkopf-Montage, kann das Montageseil, welches die Lagerkäfigsegmente während der Montage zusammenhalten sollte, vermittels der (De-)Montagevorrichtung auch wieder entfernt werden. In dem montierten Lager werden die Lagerkäfigsegmente von Lagerinnen- und/oder -außenring zusammengehalten. Bei einer nachfolgenden Demontage des Wälzlagers, kann vermittels der (De-)Montagevorrichtung das Montageseil auch erneut wieder in die Lagerkäfigsegmente des Wälzlagers eingefädelt werden. Auf diese Art sind selbst schwierigste Überkopf-Montagen bzw. Demontagen von großen Wälzlagern möglich. Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren zum (De-)Montieren des Lagerkäfigs also auch einen Schritt des Entfernens bzw. Entfädelns des wenigstens einen Montageseils von der Mehrzahl der Lagerkäfigsegmente, wenn die Lagerkäfigsegmente durch Lagerringe eines montierten Wälzlagers in Position gehalten werden können.
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Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
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Mittels einer durch die Kombination von Lagerkäfigsegmenten (aus Kunststoff, Metall oder einer Metall-Kunststoffkombination) und der Montageseile (aus Metall oder Kunstfasern (z.B. Carbon) mit möglichst geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten) erzielte Segmentbauweise kann ein Wärmeausdehnungskoeffizient bei kombinierten Metall-Kunststoff-Lagerkäfigen auf ein Minimum reduziert werden, was sich insbesondere bei mittleren bis großen Lagerdurchmessern ab ca. 300 mm positiv bemerkbar macht. Gegenüber reinen Kunststoffkäfigen kann durch den Einsatz der Montageseile, bei denen es sich beispielsweise um Stahlseile handeln kann, eine Erhöhung der Festigkeit, insbesondere in radialer Richtung, erreicht werden. Durch die als Träger fungierenden Montageseile ist ein erzielbarer Ringdurchmesser nach oben im Wesentlichen unbeschränkt.
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Des Weiteren können Kunststofflagerkäfigsegmente derart mit metallischen Montageseilen gekoppelt werden, sodass es in montiertem Zustand des kombinierten Lagerkäfigs zu keinem Kontakt zwischen Wälzkörper und Stahlseil kommt, wodurch ein Verschleiß durch Käfigkontakt deutlich reduziert werden kann. Auch die oben bereits beschriebenen Notlaufeigenschaften des kombinierten Metall-Kunststoff-Lagerkäfigs können durch den Einsatz von Kunststofflagerkäfigsegmenten auf vorteilhafte Weise gegenüber reinen Metallkäfigen verbessert werden.
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Infolge der Elastizität von Kunststofflagerkäfigsegmenten können Wälzkörper in die durch benachbarte Segmente gebildeten Taschen einschnappen, wodurch eine Haltefunktion für die Wälzkörper realisiert wird. Ein erfindungsgemäßer kombinierter Lagerkäfig kann somit völlig getrennt von dem Lager montiert werden.
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Weitere Vorteile von Ausführungsbeispielen können sich durch eine zum Teil enorme Gewichtsersparnis gegenüber herkömmlichen Messing- bzw. Stahlmassivkäfigen ergeben. Diese Gewichtsersparnis wird in erster Linie durch den Einsatz erfindungsgemäßer Lagerkäfigsegmente aus Kunststoff und/oder Metall erzielt. Dadurch, dass nicht ein ganzer Käfig, sondern lediglich einzelne Lagerkäfigsegmente hergestellt werden müssen, ist dies mit einfachen und kleinen Spritzgusswerkzeugen möglich, was wiederum eine kostengünstige Fertigung eines kombinierten Lagerkäfigs ermöglicht. Unter anderem sind ein niedriges Laufgeräusch, gute Dämpfung, hervorragende tripologische Eigenschaften, und eine ausgezeichnete Notlaufeigenschaft weitere Vorteile dieses Lagerkäfigs.
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Lagerkäfige mit einer Mehrzahl von separaten Lagerkäfigsegmenten, die als solche über wenigstens ein Montageseil zu einem Ringkorpus zusammengefasst sind, können prinzipiell für sämtliche Wälzlagerformen bzw. -varianten eingesetzt werden. Ein derartiger Lagerkäfig kann außenring-, innenring- und laufbahngeführt konstruiert werden. Zudem ist er relativ leicht zu montieren bzw. zu demontieren – selbst wenn der Lagerkäfig ein einem eingebauten Lager verbaut ist.
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Lagerkäfige der vorgestellten Art können zum Beispiel auch bei Anwendungen eingesetzt werden, in denen Messingmaterial nicht eingesetzt werden darf, wie zum Beispiel in so genannten Sauergas-Anwendungen („Sour Gas“-Anwendungen) oder Ammoniaktauglichen Kompressoren (Ammonia Compressors). Bei den vorgestellten Lagerkäfigen sind hinsichtlich der Montageseile und Wälzkörper Standardkomponenten verwendbar.
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Des Weiteren können Wälzlager in schwierigen Einbausituationen durch Auffädeln des Montageseils auf und/oder Entfädeln des Montageseils aus den Lagerkäfigsegmente montiert bzw. demontiert werden. Sogar eine Überkopf-Montage von separierbaren Großwälzlagern ohne ein Herausfallen der Wälzkörper wird durch Ausführungsbeispiele möglich.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1a–c perspektivische Darstellungen eines Kunststofflagerkäfigsegments, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 perspektivische Darstellungen eines auf einen Lagerinnenring montierten Lagerkäfigs, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine vergrößerte Darstellung einer Traverse zur (De-)Montage eines Lagerkäfigs, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine vergrößerte Darstellung einer Spannvorrichtung zum Spannen zweier an Lagerkäfigsegmenten stirnseitig platzierten Montageseilen;
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5 Schnittdarstellungen eines in einem Kegelrollenlager verbauten Hybridkäfigs, gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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6 Übersichtsdarstellung eines in einem Kegelrollenlager verbauten Hybridkäfigs, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die 1a bis 1c zeigen verschiedene perspektivische Ansichten eines exemplarischen Kunststofflagerkäfigsegments 10 für einen Hybridlagerkäfig gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Das Lagerkäfigsegment 10 weist zwei axial beabstandete und in einer Umfangsrichtung 11 des Lagerkäfigs verlaufende Umfangs- bzw. Seitenstege 12 und wenigstens einen die Umfangsstege 12 in axialer Richtung verbindenden Verbindungssteg 13 auf. Das Lagerkäfigsegment 10 weist ferner eine Kopplungsanordnung 14 auf, die ausgebildet ist, um das Lagerkäfigsegment 10 auf wenigstens einem Montageseil (in den 1a bis 1c nicht dargestellt) anzuordnen, so dass mittels zweier in der Umfangsrichtung 11 benachbart auf dem Montageseil angeordneter bzw. aufgefädelter Lagerkäfigsegmente 10 wenigstens eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers (ebenfalls in den 1a bis 1c nicht gezeigt) gebildet werden kann.
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Wie es oben bereits erwähnt wurde, kann das Lagerkäfigsegment 10 beispielsweise einstückig aus einem Kunststoff hergestellt sein. Das bedeutet, dass es sich bei einem Lagerkäfigsegment 10 gemäß Ausführungsbeispielen um ein einstückiges Kunststoff-Spritzgussteil handeln kann.
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Die Kopplungsanordnung 14 kann an gegenüberliegenden axialen Enden bzw. Umfangsstegen 12 des Lagerkäfigsegments 10 Durchführungen 15 und/oder rinnenartige Vorsprünge 16 zum (formschlüssigen) Aufnehmen von zwei gemäß einer axialen Erstreckung des Lagerkäfigsegments 10 axial beabstandeten Montageseilen an den Umfangsstegen 12 des Lagerkäfigsegments 10 aufweisen, so dass ein Montageseil von dem Lagerkäfigsegment 10 hin zu einem in Umfangsrichtung benachbarten Lagerkäfigsegment geführt werden kann.
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In dem in den 1a bis 1c gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Durchführungen 15 und/oder die rinnenartigen Vorsprünge 16 an axial außen liegenden Seiten der Umfangsstege 12 an- bzw. angeformt. Dies muss aber nicht notwendigerweise der Fall sein. Bei anderen Ausführungsformen können diese Durchführungen 15 und/oder rinnenartigen Vorsprünge 16 der Kopplungsanordnung 14 auch an axial innen liegenden Seiten der Umfangsstege 12 angeformt sein. Zudem sind auch noch weitere Platzierungsmöglichkeiten für die Kopplungsanordnung 14 bzw. deren Durchführungen 15 und/oder Vorsprünge 16 denkbar, wie z. B. an den Verbindungsstegen 13.
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Wie insbesondere aus der Darstellung der 1a zu erkennen ist, können die Durchführungen 15 aus in Umfangsrichtung 11 abwechselnden und das Montageseil über- bzw. untergreifenden rinnenartigen Vorsprüngen gebildet sein. Die in der 1a exemplarisch dargestellte Ausführungsform zeigt dabei allerdings nur eine von zahlreichen geometrisch möglichen Kopplungsanordnung 14 für das Montageseil.
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Wie bei dem Vergleich der beiden axial gegenüberliegenden Umfangsstege 12 deutlich wird, können die Durchführungen 15 an einem der beiden axialen Enden, d.h. den Umfangsstegen 12, des Lagerkäfigsegments 10 in Umfangsrichtung 11 gesehen in kleineren Abständen angeordnet sein, im Vergleich zu den rinnenartigen Vorsprüngen 16 an dem gegenüberliegenden axialen Ende des Lagerkäfigsegments 10. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Durchführungen 15, welche sich an einem von einer axial außen gelegenen Montageposition nur schlecht zugänglichen axial innenliegenden Umfangssteg 12 des Lagerkäfigsegments 10 befinden, in kleineren Abständen an dem zugeordneten Umfangssteg 12 angeordnet verglichen mit den axial gegenüberliegenden Halterinnen 16. Dies kann ein axial innenliegendes Einfädeln des Montageseils von der axial außen gelegenen Montageposition erleichtern, wie es weiter unten noch verdeutlicht wird.
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Wie es weiter aus den 1a bis 1c zu erkennen ist, kann ein Verbindungssteg 13, der gleichzeitig als ein Trennsteg zwischen zwei benachbarten Wälzkörpertaschen bzw. – fenstern wirkt, auch ein- bzw. angeformte Führungsabschnitte 17 aufweisen, die zur Führung von Wälzkörpern, wie beispielsweise Zylinderrollen, Tonnen oder Kegeln, dienen.
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Gemäß dem in den 1a bis 1c gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Wälzkörperführungsabgeschnitten 17 um an den Verbindungssteg 13 angeformte Führungsnasen oder -lippen, die in ihrer Form an eine Wölbung einer Wälzkörpermantelfläche angepasst sind, sodass eine lagerinnenringseitige Schulterführung der Wälzkörper in montiertem Zustand des Lagerkäfigs möglich ist. Generell können die in Umfangsrichtung 11 weisenden Seitenflächen des Verbindungsstegs 13 in ihrer Form an eine Wälzkörpergeometrie angepasst sein, d.h. also beispielsweise eine Wölbung entsprechend einer Wälzkörperoberfläche aufweisen. Dies ermöglicht in montiertem Zustand eine verbesserte und stabilere Führung der Wälzkörper. Durch diese angeformten Führungsnasen oder -lippen 17 ist es zum Beispiel bei einem Kegel- oder Zylinderrollenlager möglich, den Rollensatz verliersicher im Käfig zu platzieren, wodurch eine separate Montage der einzelnen Lagerteile ohne zusätzliche Montagehilfen möglich ist.
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Die in den 1a bis 1c exemplarisch dargestellten Kunststofflagerkäfigsegmente 10 können nun mittels Montageseilen, die entlang der Umfangsstege 12 verlaufen, zu einem Lagerkäfig für ein Wälzlager verbunden werden und beispielsweise auf einem Lagerinnenring montiert werden. Dazu sehen Ausführungsbeispiele auch ein Verfahren bzw. eine Vorgehensweise zum Herstellen bzw. Montieren eines derartigen Lagerkäfigs vor.
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Die Montage eines erfindungsgemäßen Lagerkäfigs umfasst zunächst ein Bereitstellen wenigstens eines Montageseils, wobei, auch zwei oder mehrere Montageseile für beide axialen Enden bzw. Umfangsstege des Lagerkäfigs vorgesehen werden können. Ferner bedarf es einer Bereitstellung eine Mehrzahl der beschriebenen Lagerkäfigsegmente 10, wobei jedes der Lagerkäfigsegmente 10 eine Kopplungsanordnung 14, 15, 16 aufweist, die ausgebildet ist, um das Lagerkäfigsegment 10 auf dem wenigstens einen Montageseil anzuordnen. Die bereitgestellten Lagerkäfigsegmente 10 werden danach bei der Montage auf das wenigstens eine Montageseil 22 aufgefädelt, oder umgekehrt, so dass mittels zweier in der Umfangsrichtung benachbart auf dem Montageseils angeordneter Lagerkäfigsegmente 10 wenigstens eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers gebildet wird.
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Dazu zeigt die 2 zwei verschiedene perspektivische Darstellungen eines auf einen Lagerinnenring 23 fertig montierten Lagerkäfigs 20, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Der Lagerkäfig 20 weist eine Mehrzahl von Lagerkäfigsegmenten 10 zur Aufnahme von Wälzkörpern 21 in durch die Lagerkäfigsegmente 10 gebildete Wälzkörpertaschen auf, wobei jedes der Lagerkäfigsegmente 10 eine Kopplungsanordnung 14, 15, 16 aufweist, die ausgebildet ist, um das jeweilige Lagerkäfigsegment 10 auf wenigstens einem Montageseil 22 aufzufädeln, das an eine Ringkontur des Wälzlagers bzw. des Lagerrings 23 anpassbar ist. Der Hybridlagerkäfig 20 weist ferner zwei axial beabstandet verlaufende Montageseile 22 auf, um die Mehrzahl der Lagerkäfigsegmente 10 mittels ihrer jeweiligen Kopplungsanordnungen 14, 15, 16 derart auf den Montageseilen 22 auffädeln zu können, so dass mittels zweier in der Umfangsrichtung benachbart auf dem Montageseil 22 aufgefädelter Lagerkäfigsegmente 10 wenigstens eine Wälzkörpertasche gebildet werden kann. Durch das Auffädeln der Lagerkäfigsegmente 10 auf die Montageseile 22 wird also ein Lagerkäfigkorpus gebildet.
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Wie es sich aus der 2 gut erkennen lässt, kann in einem montierten Zustand des Lagerkäfigs 20 eine Ringform des Lagerkäfigkorpus durch eine Form des Lagerinnenrings 23 vorgegeben werden, auf dem die Wälzkörper 21 in montiertem Zustand des Wälzlagers bzw. des Lagerkäfigs 20 abrollen. In anderen Worten ausgedrückt kann für den montiertem Zustand eine Länge der beiden axial beabstandeten Montageseile 22 auf einem Durchmesser bzw. Umfang des Lagerinnenrings 23 angepasst werden, so dass der Durchmesser der ringförmig um den Lagerring 23 umlaufenden Montageseile 22 im Wesentlichen diesem Außendurchmesser des Lagerinnenrings 23 oder dem Lagerteilkreisdurchmesser entspricht – je nach radialer Positionierung der Montageseilkopplungsanordnung 15, 16.
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Bei der Montage des Lagerkäfigs 20 auf den Lagerinnenring 23 kann eine ursprüngliche Länge oder ein Umfang eines Montageseils 22 also vorzugsweise erst größer gewählt werden als der Umfang des der Montage zugrunde liegenden Lagerinnenrings 23, damit eine bequeme Montage der Käfigsegmente 10 möglich wird. Nach der Montage oder währenddessen kann dann der Umfang eines Montageseils 22 an den Umfang des Lagerinnenrings 23 angepasst werden, so dass die mit dem wenigstens einen Montageseil 22 gekoppelten Lagerkäfigsegmente 10 möglichst verliersicher auf dem Lagerinnenring 23 gehalten werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen, insbesondere bei Ausführungsformen für kleine Wälzlager, könnte diese Anpassung beispielsweise durch ein flexibles, dehnbares bzw. gummiartiges Montageseil 22 bewerkstelligt werden, welches sich vor und während der Montage auf ein zunächst benötigtes größeres Umfangsmaß ausdehnen lässt, um dann während oder nach der Montage auf ein dem Lagerinnenringumfang entsprechendes Umfangsmaß zu kontrahieren.
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Insbesondere bei größeren Wälzlagern sind als Montageseile 22 aber äußerst belastbare Materialien gefordert, so dass hier beispielsweise Stahlseile zum Einsatz kommen. Bei derartigen Stahlseilen kann die Anpassung an das Lagerinnenringumfangsmaß beispielsweise mittels einer geeigneten Spannvorrichtung bewerkstelligt werden, welche ausgebildet ist, um, beispielsweise nach einer Montage des Lagerkäfigs 20, das wenigstens eine Montageseil 22 zu spannen, sodass sich der durch die aufgefädelten Lagerkäfigsegmente 10 gebildete Lagerkäfig 20 in montiertem Zustand an eine Außenkontur des Lagerinnenrings 23 des Wälzlagers anpasst und die von dem Lagerkäfig gehaltenen Wälzkörper 21 im Betrieb auf dem Lagerinnenring 23 abrollen können. Eine derartige Spannvorrichtung ist in der 2 mit dem Bezugszeichen 24 angedeutet. Auf sie wird im Nachfolgenden noch detaillierter eingegangen.
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Bei der Montage bzw. Demontage von Wälzlagern, insbesondere im Großlagerbereich, kann es notwendig werden, Wälzlager und/oder deren Lagerkäfige 20 aus ungünstigen Montagepositionen heraus zu montieren bzw. demontieren. Wird die Montage bzw. Demontage beispielsweise von einer Montageposition aus einer mit dem Bezugszeichen 26 angedeuteten Richtung heraus durchgeführt, so ist das in 2 mit dem Bezugszeichen 22a gekennzeichnete (zu der Montageposition entferntseitige) Montageseil nicht ohne weiteres bzw. gar nicht unmittelbar zugänglich. Für derartige Fälle sehen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Montagevorrichtung 27 vor, die ausgebildet ist, um ein Ende des Montageseils 22a aus der Montageposition zunächst hin zu einer (zu der Montageposition) axial entferntseitigen Kopplungsanordnung 16 eines Lagerkäfigsegments 10, dann durch die axial entferntseitigen Kopplungsanordnungen 16 sämtlicher auf dem Lagerinnenring 23 befindlicher Lagerkäfigsegmente 10 hindurch, und schließlich wieder zurück in Richtung Montageposition zu befördern.
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Dazu kann die Montagevorrichtung 27, wie es in der vergrößerten Ansicht der 3 gezeigt ist, eine axiale Traverse 31 mit zwei in axialer Richtung getrennt verlaufenden Durchführungen 32, 33 aufweisen, welche an einem (zu der Montageposition) entferntseitigen Ende 34 der Traverse 31 in unterschiedliche Umfangsrichtungen münden, um das Ende des Montageseils 22a zunächst in Umfangsrichtung einer Kopplungsanordnung 16 zuzuführen und nach dem ringförmigen Auffädeln dasselbe Ende des Montageseils 22a wieder aus der Umfangsrichtung axial nach außen hin zu der Montageposition umzulenken. Beispielsweise kann für die (De-)Montage der Lager in einem Getriebe über das Einsetzen der Traverse und über eine Kabeleinziehhilfe das Spannseil 22a auf die Lagerinnenseite geführt werden.
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Die 4 zeigt in einer perspektivischen und vergrößerten Ansicht eine mit der Traverse 27 gekoppelte Kabeleinziehhilfe bzw. Spannvorrichtung 41 für das axial (zur Montageposition) entferntseitig verlaufende Montageseil 22a. Dabei kann das Montageseil 22a zwischen einer oberen und einer unteren Klemmbacke 42a, 42b der Spannvorrichtung 41 beispielsweise mithilfe von radial wirkenden Stellschrauben 43 eingeklemmt werden. Mit weiteren axial wirkenden Stellschrauben 44 kann eine Feinjustierung der Vorspannung des entferntseitigen Montageseils 22a vorgenommen werden, indem ein Abstand der Klemmvorrichtung 41 zu einer axialen Anschlagplatte 45 justiert wird.
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Auch das der Montageposition zugewandte Montageseil 22b kann mittels einer diesem Seil zugeordneten Spannvorrichtung 46 auf Spannung gehalten werden, so dass die Lagerkäfigsegmente 10 verliersicher mit dem Lagerinnenring gekoppelt bzw. verspannt werden können. Auch hier kann die Spannung des Montageseils 22b beispielsweise mittels an der Spannvorrichtung 46 befindlicher Stellschrauben eingestellt werden. Insgesamt können die an den Umfangsstegen 12 verlaufenden Montageseile 22 also derartig vorgespannt werden, dass entsprechende Auflageflächen der Lagerkäfigsegmente 10 auf dafür bestimmte Kontaktflächen des Lagerinnenrings 23 gedrückt werden, wie es beispielhaft anhand des in der 5 schematisch dargestellten Kegelrollenlagers gezeigt ist.
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Das erfindungsgemäße Lagerkäfigkonzept lässt sich besonders bevorzugt für Lager bzw. Lagerkäfige mit einem Durchmesser ab 300 mm einsetzen, da Kunststoffmassivkäfige, wie es eingangs bereits beschrieben wurde, in dieser Größenordnung nur relativ schwer realisierbar sind. Somit umfassen Ausführungsbeispiele kombinierte Metall-Kunststoff Lagerkäfige mit einem Durchmesser von 300 mm und darüber, insbesondere von 350 mm und darüber.
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Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird wenigstens ein Montageseil, bevorzugt aber zwei Montageseile, durch Einfädeln der Montageseile durch entsprechende Durchführungen formschlüssig an (vorpositionierten) Kunststoffsegmenten gehalten, bzw. umgekehrt. Insbesondere durch Aufbringen dieser Anordnung auf einen Lagerinnenring, wie zum Beispiel einen Lagerinnenring, werden die einzelnen Kunststofflagerkäfigsegmente zueinander formstabil. Die Montageseile können dabei metallische Montageseile, wie z. B. Stahlseile, sein. Ein erfindungsgemäßer kombinierter Metall-Kunststoff Lagerkäfig kann selbst bei einem Lösen der Vorspannung der Montageseile nicht auseinanderfallen. Durch das vorgeschlagene Konzept wird es möglich, laufbahn- oder schultergeführte Metall-Kunststoff Lagerkäfige bereitzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lagerkäfigsegment
- 11
- Umfangsrichtung
- 12
- Umfangs- bzw. Seitensteg
- 13
- axialer Verbindungssteg
- 14
- Kopplungsanordnung für Montageseil
- 15
- Durchführungen
- 16
- rinnenartige Aufnahmen
- 17
- Schulterführung
- 20
- kombinierter Lagerkäfig
- 21
- Wälzkörper
- 22
- Montageseil
- 23
- Lagerinnenring
- 24
- Spannvorrichtung
- 25
- Lageraußenring
- 26
- Montagerichtung
- 27
- Montagevorrichtung
- 31
- axiale Traverse
- 32
- Durchführung für axial innenliegendes Montageseil
- 33
- Durchführung für axial innenliegendes Montageseil
- 34
- axial innenliegender Aus- und Einlass für Montageseil
- 41
- Spannvorrichtung
- 42
- Klemmbacken
- 43
- radiale Stellschrauben
- 44
- axiale Stellschrauben
- 45
- Anschlagplatte
- 46
- Spannvorrichtung
