DE102012207529A1

DE102012207529A1 - Käfigsegment eines Kegelrollenlagers und Kegelrollenlager

Info

Publication number: DE102012207529A1
Application number: DE102012207529A
Authority: DE
Inventors: Baozhu Liang; Winfried Oestreicher; Ralf Wahler; Matthias Gessendorfer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US20150219157A1; EP2847481A1; JP2015516556A; WO2013167363A1; US9458886B2; CN104350297A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Käfigsegment (7) eines Kegelrollenlagers zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils (8) relativ zu einem zweiten Maschinenteil (9). Das erfindungsgemäße Käfigsegment (7) weist zwei einander gegenüber liegende Umfangsstege (10), die sich jeweils zwischen einem ersten Umfangsende (13) und einem zweiten Umfangsende (14) des Käfigsegments (7) erstrecken und wenigstens zwei einander gegenüberliegende Verbindungsstegen (11), welche die beiden Umfangsstege (10) miteinander verbinden und gemeinsam mit den Umfangsstegen (10) wenigstens eine Tasche (12) zur Aufnahme eines konischen Wälzkörpers (6) ausbilden, auf. Die Umfangsstege (10) und die Verbindungsstege (11) weisen Taschenseiten auf, welche die Tasche (12) begrenzen. Die Umfangsstege (10) und die im Bereich des ersten Umfangsendes (13) und des zweiten Umfangsendes (14) angeordneten Verbindungsstege (11) weisen zu den Taschenseiten entgegengesetzte Umgebungsseiten auf. Das Käfigsegment (7) weist im Bereich des ersten Umfangsendes (13) eine erste Positionierhilfe (23) und im Bereich des zweiten Umfangsendes (14) eine zweite Positionierhilfe (24) auf. Die erste Positionierhilfe (23) und die zweite Positionierhilfe (24) sind relativ zueinander derart angeordnet, dass eine lagerichtige Anordnung benachbarter Käfigsegmente (7) im Kegelrollenlager relativ zueinander aus dem Zusammenwirken der ersten Positionierhilfe (23) und der zweiten Positionierhilfe (24) dieser Käfigsegmente (7) erkennbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Käfigsegment eines Kegelrollenlagers. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kegelrollenlager zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils relativ zu einem zweiten Maschinenteil, insbesondere zur drehbaren Lagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage und ein Verfahren zum Montieren eines Kegelrollenlagers.
Ein derartiges Käfigsegment ist aus der DE 10246825 A bekannt. Die bekannten Käfigsegmente können an ihren Stirnflächen aneinander gereiht werden, so dass mit einem vergleichsweise geringen Aufwand ein Käfig ausgebildet werden kann, der sich insbesondere für einen Einsatz bei sehr großen Wälzlagern mit verhältnismäßig kleinen Rollen eignet.
Aus der JP 2008082380 A ist ein Käfigsegment bekannt, das einen festen Schmierstoff aufweist, um die Wälzkörper am Käfigsegment zu fixieren.
Angesichts des zunehmenden Bedarfs an immer größeren Wälzlagern, beispielsweise für Windkraftanlagen, werden Käfigkonzepte für immer höhere mechanische Belastungen benötigt. Mit der Größe der Wälzlager nimmt auch das Eigengewicht der eingesetzten Wälzkörper immer mehr zu, so dass auch aus diesem Grund immer stabilere Käfiganordnungen benötigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Käfigdesign anzugeben, das sich für einen Einsatz bei sehr großen Wälzlagern, insbesondere bei einem Wälzlager einer Windkraftanlage, eignet und eine einfache Montage des Wälzlagers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombinationen der nebengeordneten Ansprüche gelöst.
Das erfindungsgemäße Käfigsegment eines Kegelrollenlagers zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils relativ zu einem zweiten Maschinenteil weist zwei einander gegenüber liegende Umfangsstege, die sich jeweils zwischen einem ersten Umfangsende und einem zweiten Umfangsende des Käfigsegments erstrecken und wenigstens zwei einander gegenüberliegende Verbindungsstege, welche die beiden Umfangsstege miteinander verbinden und gemeinsam mit den Umfangsstegen wenigstens eine Tasche zur Aufnahme eines konischen Wälzkörpers ausbilden, auf. Die Umfangsstege und die Verbindungsstege weisen Taschenseiten auf, welche die Tasche begrenzen. Die Umfangsstege und die im Bereich des ersten Umfangsendes und des zweiten Umfangsendes angeordneten Verbindungsstege weisen zu den Taschenseiten entgegengesetzte Umgebungsseiten auf. Das Käfigsegment weist im Bereich des ersten Umfangsendes eine erste Positionierhilfe und im Bereich des zweiten Umfangsendes eine zweite Positionierhilfe auf. Die erste Positionierhilfe und die zweite Positionierhilfe sind relativ zueinander derart angeordnet, dass eine lagerichtige Anordnung benachbarter Käfigsegmente im Kegelrollenlager relativ zueinander aus dem Zusammenwirken der ersten Positionierhilfe und der zweiten Positionierhilfe dieser Käfigsegmente erkennbar ist.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit relativ geringem Aufwand erreicht wird, dass eine Fehlorientierung eines Käfigsegments bei der Montage des Kegelrollenlagers sehr leicht zu erkennen ist. Auf diese Weise können durch Fehlorientierungen von Käfigsegmenten verursachte Montagefehler mit hoher Zuverlässigkeit vermieden werden.
Die erste Positionierhilfe und die zweite Positionierhilfe können komplementär zueinander ausgebildet sein. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass eine durch eine Lageabweichung eines Käfigsegments verursachte Störung des Zusammenwirkens der Positionierhilfen sehr deutlich sichtbar wird.
Die erste Positionierhilfe und die zweite Positionierhilfe können jeweils im gleichen Maß außermittig auf den Umgebungsseiten der Verbindungsstege angeordnet sein. Insbesondere können die erste Positionierhilfe und die zweite Positionierhilfe an den Enden der Umgebungsseiten der Verbindungsstege angeordnet sein.
Die erste Positionierhilfe und die zweite Positionierhilfe können jeweils in einem Abschnitt der Umgebungsseite des jeweiligen Verbindungsstegs angeordnet sein, der mit einem der Umfangsstege überlappt. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungsstege im Bereich der Positionierhilfen durch die Umfangsstege abgestützt sind und eine möglicherweise durch die Positionierhilfen hervorgerufene Materialschwächung keine negativen Auswirkungen hat.
Beispielsweise kann die erste Positionierhilfe als eine in Umfangsrichtung über die Umgebungsseite des Verbindungsstegs hinausragende Erhebung und die zweite Positionierhilfe als eine Ausnehmung ausgebildet sein. Eine derartige Ausgestaltung ist leicht zu fertigen und führt nicht zu einer Beeinträchtigung des Betriebs des Kegelrollenlagers. Außerdem ist eine lagerichtige Anordnung der Käfigsegmente gut zu erkennen. Insbesondere kann die zweite Positionierhilfe als eine Stufe ausgebildet sein.
Bei einer lagerichtigen Anordnung benachbarter Käfigsegmente relativ zueinander können die erste Positionierhilfe und die zweite Positionierhilfe der benachbarten Käfigsegmente miteinander in Eingriff stehen. Die erste Positionierhilfe und die zweite Positionierhilfe können so ausgebildet sein, dass sie ausschließlich bei einer lagerichtigen Anordnung benachbarter Käfigsegmente miteinander in Eingriff stehen. Insbesondere können bei einer lagerichtigen Anordnung die Erhebungen und die Ausnehmungen benachbarter Käfigsegmente miteinander in Eingriff stehen.
Das Käfigsegment kann genau eine Tasche aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass das Käfigsegment mechanisch äußerst stabil ist.
Die Verbindungsstege können jeweils auf ihrer Taschenseite eine konkav geformte erste Führungsfläche zum partiellen Umgreifen eines Wälzkörpers in dessen Umfangsrichtung aufweisen. Weiterhin können die Verbindungsstege jeweils auf ihrer Taschenseite eine konkav geformte zweite Führungsfläche zum partiellen Umgreifen eines Wälzkörpers in dessen Umfangsrichtung aufweisen. Sämtliche Verbindungsstege können auf ihren Taschenseiten identisch ausgebildet sein. Die Umfangsstege können jeweils an einem der Verbindungsstege beginnen und an einem der Verbindungsstege enden. Die erste Führungsfläche und die zweite Führungsfläche können auf der Taschenseite desselben Verbindungsstegs einen in der Tasche angeordneten Wälzkörper in unterschiedlichen Umfangsbereichen und/oder in unterschiedlichen Axialbereichen umgreifen. Auf den Verbindungsstegen können erste Vorsprünge zur Abstützung des Käfigsegments auf einer inneren Wälzkörperlaufbahn des Kegelrollenlagers und/oder zweite Vorsprünge zur Abstützung des Käfigsegments auf einer äußeren Wälzkörperlaufbahn des Kegelrollenlagers ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Käfigsegment wälzkörpergeführt sein. Das Käfigsegment kann so ausgebildet sein, dass sich ein erster Bereich, innerhalb dessen sich die ersten Vorsprünge zwischen den beiden Umfangsstegen erstrecken und ein zweiter Bereich, innerhalb dessen sich die zweiten Vorsprünge zwischen den beiden Umfangsstegen erstrecken, nicht miteinander überlappen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Kegelrollenlager zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils relativ zu einem zweiten Maschinenteil. Das erfindungsgemäße Kegelrollenlager weist konische Wälzkörper mit jeweils einer Rotationsachse und Käfigsegmente, die je wenigstens einen Wälzkörper aufnehmen und die jeweils ein erstes Umfangsende und ein zweites Umfangsende aufweisen, auf. Die Rotationsachsen sämtlicher Wälzkörper sind auf einer gemeinsamen konischen Fläche angeordnet. Die Käfigsegmente weisen jeweils im Bereich des ersten Umfangsendes eine als eine Erhebung ausgebildete erste Positionierhilfe und im Bereich des zweiten Umfangsendes eine als eine Ausnehmung ausgebildete zweite Positionierhilfe aufweisen. Die Erhebungen und die Ausnehmungen benachbarter Käfigsegmente greifen ineinander. Die Erhebungen und die Ausnehmungen können komplementär zueinander ausgebildet sein.
Die Käfigsegmente können in Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers direkt zueinander benachbart angeordnet sein. Das Kegelrollenlager kann so ausgebildet sein, dass sich benachbarte Käfigsegmente wenigstens zeitweise berühren. Wenn sich alle benachbarten Käfigsegmente mit Ausnahme eines ersten und eines letzten Käfigsegments berühren, kann der mittlere lichte Abstand zwischen dem ersten Umfangsende des ersten Käfigsegments und dem zweiten Umfangsende des letzten Käfigsegments außerhalb der Positionierhilfen wenigstens 0,15 % und maximal 1 % des Teilkreisumfangs betragen. Der mittlere lichte Abstand kann insbesondere durch eine arithmetische Mittelung definiert sein. Der Teilkreis kann insbesondere so definiert sein, dass er die Rotationsachsen der Wälzkörper jeweils in der axialen Mitte der Wälzkörper schneidet. Jedes Käfigsegment kann genau einen Wälzkörper enthalten. Die Käfigsegmente können wälzkörpergeführt sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Käfigsegmente untereinander nicht mechanisch verbunden sind.
Das Kegelrollenlager kann insbesondere der drehbaren Lagerung einer Rotorwelle einer Windkraftanlage dienen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren eines Kegelrollenlagers. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden mehrere Käfigsegmente, die je eine erste Positionierhilfe und je eine zweite Positionierhilfe aufweisen, in Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers derart nebeneinander positioniert, dass aus dem Zusammenwirken der ersten Positionierhilfe und der zweiten Positionierhilfe benachbarter Käfigsegmente eine lagerichtige Anordnung dieser Käfigsegmente relativ zueinander erkennbar ist.
Die Käfigsegmente können vor der Positionierung im Kegelrollenlager jeweils mit wenigstens einem Wälzkörper bestückt werden. Auf diese Weise kann die mechanische Belastung der Käfigsegmente während der Montage gering gehalten werden. Die mit den Wälzkörpern bestückten Käfigsegmente können nebeneinander auf der inneren Wälzkörperlaufbahn angeordnet werden. Insbesondere können die Käfigsegmente einzeln und nacheinander montiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlagers in perspektivischer Darstellung,
2 ein Ausführungsbeispiel des Käfigsegments in einer perspektivischen Darstellung,
3 das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Käfigsegments in Schnittdarstellung,
4 das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des Käfigsegments in einer weiteren Schnittdarstellung und
5 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kegelrollenlagers ohne den Außenring in einer weiteren perspektivischen Darstellung.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kegelrollenlagers in perspektivischer Darstellung.
Das Kegelrollenlager weist einen Innenring 1 mit einem Anlaufbord 2 und einer konischen inneren Wälzkörperlaufbahn 3 auf. In der Darstellung der 1 ist die innere Wälzkörperlaufbahn 3 durch den Anlaufbord 2 verdeckt. Weiterhin weist das Kegelrollenlager einen Außenring 4 mit einer konischen äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 auf. Außerdem weist das Kegelrollenlager einen Satz von konischen Wälzkörpern 6 auf, die auf der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 und auf der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 abrollen. Dabei rotieren die Wälzkörper 6 um ihre nicht figürlich dargestellten Rotationsachsen, bzgl. denen die Wälzkörper 6 rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Außerdem laufen die Wälzkörper 6 bezogen auf ihre Rotationsachsen axial am Anlaufbord 2 an. Das Kegelrollenlager weist zudem mehrere Käfigsegmente 7 auf, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen Wälzkörper 6 enthalten. Dabei ist für jeden Wälzkörper 6 je ein Käfigsegment 7 vorhanden, so dass die einzelnen Käfigsegmente 7 in Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers jeweils unmittelbar aufeinander folgen und jeweils einen Wälzkörper 6 enthalten. Dabei können benachbarte Käfigsegmente 7 jeweils einander berühren. Alternativ dazu können die Käfigsegmente 7 auch so ausgebildet sein, dass sie jeweils mehrere Wälzkörper 6 enthalten.
Die Käfigsegmente 7 sind wälzkörpergeführt, d. h. sie stützen sich auf den Wälzkörpern 6 ab. In den meisten Betriebssituationen des Kegelrollenlagers sind die Käfigsegmente 7 sogar ausschließlich wälzkörpergeführt, d. h. es kommt nicht zu einem berührenden Kontakt zwischen den Käfigsegmenten 7 und den inneren Wälzkörperlaufbahnen 3 oder den äußeren Wälzkörperlaufbahnen 5 oder sonstigen Bestandteilen des Innenrings 1 oder des Außenrings 4. Details zur Ausbildung der Käfigsegmente 7 werden anhand der 2, 3, 4 und 5 erläutert.
In einem durch das Bezugszeichen 8 gekennzeichneten Bereich kann eine Welle angeordnet sein, auf die der Innenring 1 aufgezogen ist. Bei der Welle kann es sich insbesondere um eine Rotorwelle einer Windkraftanlage handeln. In einem durch das Bezugszeichen 9 gekennzeichneten Bereich kann ein Gehäuse 9 angeordnet sein, das den Außenring 4 aufnimmt. Das Gehäuse kann insbesondere ein Bestandteil einer Rotorlagerung einer Windkraftanlage sein.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Käfigsegments 7 in einer perspektivischen Darstellung. 3 und 4 zeigen das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel jeweils in Schnittdarstellung bzgl. verschiedener Schnittebenen. Die Darstellung ist in den 2 bis 4 jeweils so gewählt, dass die innere Wälzkörperlaufbahn 3 unterhalb des Käfigsegments 7 und die äußere Wälzkörperlaufbahn 5 oberhalb des Käfigsegments 7 verlaufen würden, wenn das Käfigsegment 7 in dem dargestellten Zustand in das Kegelrollenlager eingebaut wäre.
Das Käfigsegment 7 weist zwei in einem Abstand zueinander angeordnete und parallel zueinander orientierte Umfangsstege 10 auf, die im eingebauten Zustand des Käfigsegments 7 in Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers verlaufen.
Weiterhin weist das Käfigsegment 7 zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Verbindungsstege 11 auf, die einen von Null verschiedenen Winkel miteinander einschließen und die beiden Umfangsstege 10 miteinander verbinden. Auf diese Weise wird eine Tasche 12 zur Aufnahme eines Wälzkörpers 6 ausgebildet. Infolge des nicht parallelen Verlaufs der Verbindungsstege 11 weisen die beiden Umfangstege 10 eine unterschiedliche Länge auf und die Tasche 12 weist die Form eines gleichschenkligen Trapezes auf. Als Länge der Umfangsstege 10 wird das Außenmaß der Umfangsstege 10 von einem ersten Umfangsende 13 bis zu einem zweiten Umfangsende 14 des Käfigsegments 7 angesehen. Falls das erste Umfangsende 13 und das zweite Umfangsende 14 der Umfangsstege 10 jeweils nicht parallel zueinander orientiert sind, kann jeweils der arithmetische Mittelwert des Außenmaßes herangezogen werden. In 2 ist der im Vordergrund dargestellte Umfangssteg 10 länger als der im Hintergrund dargestellte Umfangssteg 10.
Die Seiten der Umfangsstege 10 und der Verbindungsstege 11, welche die Tasche 12 begrenzen, werden im Folgenden auch als Taschenseiten bezeichnet. In analoger Weise werden die zu den Taschenseiten entgegengesetzten Seiten der Umfangsstege 10 und Verbindungsstege 11 im Folgenden auch als Umgebungsseiten bezeichnet, soweit diese nicht eine weitere Tasche 12 begrenzen. Bei den Umfangsstegen 10 ist diese Bedingung generell erfüllt, es sei denn, es handelt sich um ein mehrreihiges Käfigsegment 7, bei dem mehrere Wälzkörper 6 axial hintereinander angeordnet sind. Bei den Verbindungsstegen 11 ist diese Bedingung jeweils dann erfüllt, wenn der jeweilige Verbindungssteg 11 im Bereich des ersten Umfangsendes 13 oder des zweiten Umfangsendes 14 des Käfigsegments 7 angeordnet ist, d. h. für den ersten Verbindungssteg 11 und den letzen Verbindungssteg 11 des Käfigsegments 7 bezogen auf die Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers. Da das in den 2 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel des Käfigsegments 7 nur eine einzige Tasche 12 aufweist, verfügt jeder Umfangssteg 10 und jeder Verbindungssteg 11 bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils über eine Taschenseite und eine Umgebungsseite.
Wie bereits erwähnt, verfügen die Umfangsstege 10 eines einreihigen Käfigsegments 7 auch dann über jeweils eine Taschenseite und eine Umgebungsseite, wenn das Käfigsegment 7 mehr als eine Tasche 12 aufweist. Demgegenüber können die Verbindungsstege 11 in einem solchen Fall jeweils entweder eine oder zwei Taschenseiten und somit entweder eine oder keine Umgebungsseite aufweisen. Ein Verbindungssteg 11 der zwischen zwei Taschen 12 angeordnet ist weist zwei Taschenseiten und keine Umgebungsseite auf. Ein in Umfangsrichtung endständiger Verbindungssteg 11, der lediglich eine einzige Tasche 12 begrenzt weist eine Taschenseite und eine Umgebungsseite auf.
Neben der Taschenseite und ggf. der Umgebungsseite weisen die Umfangsstege 10 und die Verbindungsstege 11 jeweils eine innere Laufbahnseite, die im eingebauten Zustand der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 des Kegelrollenlagers zugewandt ist und eine äußere Laufbahnseite, die im eingebauten Zustand der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 des Kegelrollenlagers zugewandt ist, auf. In den 2 bis 4 entspricht die innere Laufbahnseite jeweils der Unterseite und die äußere Laufbahnseite jeweils der Oberseite der Umfangsstege 10 und der Verbindungsstege 11.
Bei dem in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Käfigsegments 7 sind die inneren Laufbahnseiten und die äußeren Laufbahnseiten der Umfangsstege 10 und der Verbindungsstege 11 jeweils als eine ebene Fläche ausgebildet. Außerdem weisen sämtliche innere Laufbahnseiten der Umfangsstege 10 und der Verbindungsstege 11 jeweils eine Teilfläche auf, die als ein Bestandteil einer gemeinsamen Ebene ausgebildet ist. Ebenso weisen sämtliche äußere Laufbahnseiten der Umfangsstege 10 und der Verbindungsstege 11 jeweils eine Teilfläche auf, die als ein Bestandteil einer gemeinsamen Ebene ausgebildet ist. Bei Ausführungsbeispielen, bei denen das Käfigsegment 7 mehrere Taschen 12 aufweist, gilt dies zumindest jeweils für die inneren Laufbahnseiten und die äußeren Laufbahnseiten der Umfangsstege 10 und derjenigen Verbindungsstege 11, welche dieselbe Tasche 12 begrenzen.
Die Umfangsstege 10 sind insbesondere einteilig mit den Verbindungsstegen 11 ausgebildet. Diese einteilige Ausbildung kann beispielsweise durch eine Fertigung des Käfigsegments 7 als ein Kunststoff-Spritzgussteil erreicht werden. Außerdem schließen die Umfangsstege 10 und die Verbindungsstege 11 im Bereich des ersten Umfangsendes 13 und des zweiten Umfangsendes 14 mit ihren Umgebungsseiten bündig miteinander ab, d. h. es stehen weder die Umfangsstege 10 über die Verbindungsstege 11 noch die Verbindungsstege 11 über die Umfangsstege 10 nach außen über.
Die Umfangsstege 10 weisen auf ihren Umgebungsseiten jeweils eine großflächige Vertiefung 15 auf, die sich über den größten Teil der Umgebungsseiten erstreckt und an drei Seiten U-förmig eingerahmt ist. Zur unteren Laufbahnseite der Umfangsstege 10 hin ist die Vertiefung 15 jeweils offen. Abgesehen von der Vertiefung 15 weisen die Umfangsstege 10 jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf.
Die Verbindungsstege 11 weisen auf ihren Taschenseiten jeweils eine erste Führungsfläche 16 zur gleitenden Führung des Käfigsegments 7 auf einem innerhalb des Käfigsegments 7 angeordneten Wälzkörper 6 auf. Weiterhin weisen die Verbindungsstege 11 auf ihren Taschenseiten jeweils eine zweite Führungsfläche 17 zur gleitenden Führung des Käfigsegments 7 auf einem innerhalb des Käfigsegments 7 angeordneten Wälzkörper 6 auf. Zur ersten Führungsfläche 16 und zur zweiten Führungsfläche 17 werden jeweils nur Bereiche gerechnet, die im Betriebszustand des Kegelrollenlagers ohne eine Verformung des Käfigsegments 7 die Mantelfläche eines Wälzkörpers 6 berühren können. Die erst Führungsfläche 16 und die zweite Führungsfläche 17 erstrecken sich jeweils nicht über die gesamte Länge der Verbindungsstege 11, sondern lediglich über einen Teilbereich, beispielsweise über maximal die Hälfte der Länge der Verbindungsstege 11. Als Länge der Verbindungsstege 11 wird die gesamte Erstreckung der Verbindungsstege 11 zwischen den Umfangsstegen 10 angesehen. Dabei ist die zweite Führungsfläche 17 jeweils derart neben der ersten Führungsfläche 16 angeordnet, dass die erste Führungsfläche 16 und die zweite Führungsfläche 17 entlang der Längsrichtung des Verbindungsstegs 11 nicht oder nur geringfügig miteinander überlappen. Mit anderen Worten, die erste Führungsfläche 16 und die zweite Führungsfläche 17 sind in Axialbereichen eines im Käfigsegment 7 angeordneten Wälzkörpers 6 ausgebildet, die nicht oder nur partiell, insbesondere nur geringfügig, miteinander überlappen. Beispielsweise überlappen die erste Führungsfläche 16 und die zweite Führungsfläche 17 um weniger als 50 %, insbesondere um weniger als 10% der Länge des Verbindungsstegs 11. Die erste Führungsfläche 16 ist angrenzend an den längeren Umfangssteg 10 oder in dessen Nähe, die zweite Führungsfläche 17 angrenzend an den kürzeren Umfangssteg 10 oder in dessen Nähe angeordnet. Mit anderen Worten, die erste Führungsfläche 16 ist näher am längeren Umfangssteg 10 angeordnet als die zweite Führungsfläche 17 und die zweite Führungsfläche 17 ist näher am kürzeren Umfangssteg 10 angeordnet als die erste Führungsfläche 16.
Die ersten Führungsflächen 16 und die zweiten Führungsflächen 17 weisen jeweils eine konkave Form auf, so dass sie einen in der Tasche 12 des Käfigsegments 7 angeordneten Wälzkörper 6 in dessen Umfangsrichtung jeweils bereichsweise umschließen.
Außerdem sind die ersten Führungsflächen 16 und die zweiten Führungsflächen 17 jeweils derart versetzt zueinander angeordnet, dass sie einen in der Tasche 12 angeordneten Wälzkörper 6 in unterschiedlichen Umfangsbereichen führen, bzw. bei umgekehrter Betrachtungsweise sich auf unterschiedliche Umfangsbereiche des Wälzkörpers 6 abstützen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass diese unterschiedlichen Umfangsbereiche nicht oder nur geringfügig miteinander überlappen. Beispielsweise können die Umfangsbereiche um weniger als 5 % oder um weniger als 1 % des maximalen Gesamtumfangs des Wälzkörpers 6 überlappen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel stehen die ersten Führungsflächen 16 mit zunehmender Annäherung an die innere Laufbahnseite und darüber hinaus zunehmend vor und die zweiten Führungsflächen 17 mit zunehmender Annäherung an die äußere Laufbahnseite zunehmend vor. Demgemäß ragen die ersten Führungsflächen 16 und zweiten Führungsflächen 17 beim Fortschreiten in den genannten Richtungen zunehmend in den Bereich der Tasche 12 hinein. Dies bedeutet, dass ein in die Tasche 12 eingesetzter Wälzkörper 6 durch die ersten Führungsflächen 16 zur inneren Laufbahnseite hin und durch die zweiten Führungsflächen 17 zur äußeren Laufbahnseite hin gegen Herausfallen aus der Tasche 12 gesichert ist. Somit ist der Wälzkörper 6 zu allen Seiten hin gegen Herausfallen gesichert und demgemäß verliersicher in der Tasche 12 des Käfigsegments 7 angeordnet.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist die erste Führungsfläche 16 jeweils deutlich stärker ausgeprägt als die zweite Führungsfläche 17. Um diese starke Ausprägung der ersten Führungsfläche 16 zu ermöglichen, ist am Verbindungssteg 11 ein Stegfortsatz 18 ausgebildet, der über die innere Laufbahnseite übersteht und sich mit zunehmender Entfernung von der inneren Laufbahnseite progressiv verdickt. Der Stegfortsatz 18 weist einen Hohlraum 19 auf, der zum freien Ende des Stegfortsatzes 18 hin offen ist. Durch den Hohlraum 19 wird die Materialdicke des Stegfortsatzes 18 reduziert und der Materialdicke in anderen Bereichen des Käfigsegments 7 angenähert.
Weiterhin ist im Bereich des freien Endes des Stegfortsatzes 18 ein erster Vorsprung 20 ausgebildet, der über die Endfläche des Stegfortsatzes 18 übersteht. Ein zweiter Vorsprung 21 ist auf der Laufbahnseite des Verbindungsstegs 11 in dem Bereich angeordnet, in dem der zweite Führungsbereich 17 ausgebildet ist. Im eingebauten Zustand des Käfigsegments 7 erstreckt sich der erste Vorsprung 20 in Richtung der inneren Wälzkörperlaufbahn 3, berührt diese aber nicht, wenn das Kegelrollenlager unter Normalbedingungen rotiert. In analoger Weise erstreckt sich der zweite Vorsprung 21 in Richtung der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5, berührt diese aber nicht, wenn das Kegelrollenlager unter Normalbedingungen rotiert. Wenn das Kegelrollenlager einer starken impulsförmigen Belastung ausgesetzt ist, kann es dagegen zu einer Berührung zwischen dem ersten Vorsprung 20 und der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 oder zwischen dem zweiten Vorsprung 21 und der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 kommen. Gleiches gilt auch, falls das Kegelrollenlager nicht rotiert.
Um den lagerichtigen Einbau in das Kegelrollenlager zu erleichtern, weist das Käfigsegment 7 im Bereich der Vertiefung 15 eine Markierung 22 auf. Die Markierung 22 kann auch entfallen.
Weiterhin weist das Käfigsegment 7 eine erste Positionierhilfe 23 und eine zweite Positionierhilfe 24 auf, die eine lagerichtige Anordnung der Käfigsegmente 7 bei der Montage des Kegelrollenlagers erleichtern. Die erste Positionierhilfe 23 ist im Bereich des ersten Umfangsendes 13 des Käfigsegments 7 angeordnet. Die zweite Positionierhilfe 24 ist im Bereich des zweiten Umfangsendes 14 des Käfigsegments 7 angeordnet.
Die erste Positionierhilfe 23 kann als eine längliche Erhebung ausgebildet sein, die endständig an einem der Verbindungsstege 11 angeordnet ist und bündig mit dem Umfangssteg 10 abschließt. Die Erhebung kann sich über den gesamten Bereich zwischen der inneren Laufbahnseite und der äußeren Laufbahnseite des Verbindungsstegs 11 erstrecken.
Die zweite Positionierhilfe 24 kann als eine längliche Ausnehmung, insbesondere als eine Stufe, ausgebildet sein, die endständig an einem der Verbindungsstege 11 angeordnet ist und bündig mit dem Umfangssteg 10 abschließt. Ebenso wie die Erhebung kann sich auch die Ausnehmung über den gesamten Bereich zwischen der inneren Laufbahnseite und der äußeren Laufbahnseite des Verbindungsstegs 11 erstrecken.
Für die erste Positionierhilfe 23 und die zweite Positionierhilfe 24 sind auch von der Darstellung der 5 abweichende Ausführungsformen denkbar. Dabei können die erste Positionierhilfe 23 und die zweite Positionierhilfe 24 insbesondere komplementär zueinander ausgebildet sein. Weiterhin können die Abmessungen der ersten Positionierhilfe 23 und der zweiten Positionierhilfe 24 so aufeinander abgestimmt sein, dass die erste Positionierhilfe 23 und die zweite Positionierhilfe 24 ineinander greifen können.
Bei der Montage des Käfigsegments 7 wirkt dessen erste Positionierhilfe 23 so mit einer zweiten Positionierhilfe 24 eines bereits lagerichtig angeordneten Käfigsegments 7 zusammen, dass eine lagerichtige Anordnung des neu montierten Käfigsegments 7 leicht erkennbar ist. Details zur Montage werden anhand von 5 erläutert.
Alternativ zu dem in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Käfigsegment 7 auch mehr als eine Tasche 12 aufweisen und demgemäß mehrere Wälzkörper 6 aufnehmen. Beispielsweise kann das Käfigsegment 7 bei einem alternativen Ausführungsbeispiel zwei Taschen 12 aufweisen, die zwei Wälzkörper 6 aufnehmen. Die beiden Taschen 12 werden durch zwei Umfangsstege 10 und drei Verbindungsstege 11 ausgebildet. Zwei der Verbindungsstege 11, die im Bereich des ersten Umfangsendes 13 bzw. im Bereich des zweiten Umfangsendes 14 des Käfigsegments 7 ausgebildet sind, weisen jeweils eine Taschenseite und eine Umgebungsseite auf. Der dritte Verbindungssteg 11, der zwischen den endständigen Verbindungsstegen 11 angeordnet ist weist zwei Taschenseiten und dafür keine Umgebungsseite auf.
5 zeigt das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Kegelrollenlagers ohne den Außenring 4 in einer weiteren perspektivischen Darstellung. Die dargestellte Anordnung entspricht der Einbausituation im Kegelrollenlager.
Die Umfangsstege 10 verschiedener Käfigsegmente 7 schließen jeweils einen Winkel miteinander ein. Insbesondere schließen die inneren Laufbahnseiten der Umfangsstege 10 verschiedener Käfigsegmente 7 jeweils einen von Null verschiedenen Winkel miteinander ein. Ebenso schließen die äußeren Laufbahnseiten der Umfangsstege 10 verschiedener Käfigsegmente 7 jeweils einen von Null verschiedenen Winkel miteinander ein. Bei einem Ausführungsbeispiel des Käfigsegments 7, das mehrere Taschen 12 aufweist, besteht auch die Möglichkeit, dass die inneren Laufbahnseiten und/oder die äußeren Laufbahnseiten der Umfangsstege 10 jeweils eine Polygonform aufweisen und demgemäß Abschnitte der Laufbahnseiten, die im Bereich verschiedener Taschen 12 des Käfigsegments 7 angeordnet sind, einen von Null verschiedenen Winkel miteinander einschließen.
Die Geometrie der Käfigsegmente 7, insbesondere der ersten Führungsfläche 16 und der zweiten Führungsfläche 17, ist so auf die Wälzkörper 6 abgestimmt, dass die Käfigsegmente 7 im Rotationszustand des Kegelrollenlagers sich auf Wälzkörpern 6 abstützen und weder die innere Wälzkörperlaufbahn 3 noch die äußere Wälzkörperlaufbahn 5 berühren. Dies bedeutet, dass das Kegelrollenlager wälzkörpergeführt ist. Allerdings ist zwischen der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 und den ersten Vorsprüngen 20 der Käfigsegmente 7 sowie zwischen der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 und den zweiten Vorsprüngen 21 der Käfigsegmente 7 jeweils lediglich ein geringer lichter Abstand ausgebildet, so dass es bei einer starken impulsförmigen Belastung oder bei einem Stillstand des Kegelrollenlagers zu einem berührenden Kontakt zwischen Käfigsegmenten 7 und der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 oder der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 kommen kann. Dieser Kontakt wird im Bereich der ersten Vorsprünge 20 oder der zweiten Vorsprünge 21 der Käfigsegmente 7 ausgebildet, so dass sich die Käfigsegmente 7 in einer derartigen Situation mit den ersten Vorsprüngen 20 auf der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 oder mit den zweiten Vorsprüngen 21 auf der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 abstützen. Wenn diese besondere Situation beendet ist, wird auch der berührende Kontakt der Käfigsegmente 7 mit der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 oder mit der äußeren Wälzkörperlaufbahn 5 wieder aufgehoben und es findet wieder eine reine Wälzkörperführung statt. Dies bedeutet, dass den ersten Vorsprüngen 20 und den zweiten Vorsprüngen 21 eine Stützfunktion der Käfigsegmente 7 in Extremsituationen zukommt. Diese Stützfunktion kann auch bei einem übermäßigen Verschleiß der Käfigsegmente 7 vorgesehen sein, um die dann nicht mehr in ausreichendem Maß vorhandene Wälzkörperführung der Käfigsegmente 7 zu ersetzen.
Aus 5 geht weiterhin hervor, wie die jeweils als eine Erhebung ausgebildeten ersten Positionierhilfen 23 jedes Käfigsegments 7 in die in die jeweils als eine Ausnehmung ausgebildeten zweiten Positionierhilfen 24 des jeweils benachbarten Käfigsegments 7 eingreifen. Dabei berühren sich die zueinander benachbarten Käfigsegmente 7 jeweils in Umfangsrichtung im Bereich ihres ersten Umfangsendes 13 und ihres zweiten Umfangsendes 14. Würden benachbarte Käfigsegmente 7 beispielsweise um 180° zueinander verdreht angeordnet, könnten die ersten Positionierhilfen 23 und die zweiten Positionierhilfen 24 nicht ineinander greifen. Demgemäß fällt bei der Montage des Kegelrollenlagers ein verdreht eingesetztes Käfigsegment 7 sofort auf. Zusätzlich zu der Unterstützung einer lagerichtigen Montage besteht eine weitere Funktion der ersten Positionierhilfen 23 und der zweiten Positionierhilfen 24 darin, dass sie die Käfigsegmente 7 relativ zueinander gegen Verschieben sichern.
Zur Montage des Wälzlagers werden die Käfigsegmente 7 zunächst mit je einem Wälzkörper 6 bestückt. Dann werden die mit den Wälzkörpern 6 bestückten Käfigsegmente 7 nebeneinander auf der inneren Wälzkörperlaufbahn 3 angeordnet. Vorzugsweise werden die Käfigsegmente 7 einzeln und nacheinander montiert.
Wenn man nach Abschluss der Montage sämtliche Käfigsegmente 7 so aneinanderreiht, dass sich benachbarte Käfigsegmente 7 mit Ausnahme eines ersten und eines letzten Käfigsegments 7 berühren, beträgt der mittlere lichte Abstand zwischen dem ersten Umfangsende 13 des ersten Käfigsegments und dem zweiten Umfangsende 14 des letzten Käfigsegments 7 außerhalb der Positionierhilfen 23, 24 wenigstens 0,15 % und maximal 1 % des Teilkreisumfangs. Der mittlere lichte Abstand kann insbesondere durch eine arithmetische Mittelung definiert sein. Der Teilkreis kann insbesondere so definiert sein, dass er die Rotationsachsen der Wälzkörper 6 jeweils in der axialen Mitte der Wälzkörper 6 schneidet.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Anlaufbord
3: innere Wälzkörperlaufbahn
4: Außenring
5: äußere Wälzkörperlaufbahn
6: Wälzkörper
7: Käfigsegment
8: Bereich einer Welle
9: Bereich eines Gehäuses
10: Umfangssteg
11: Verbindungssteg
12: Tasche
13: erstes Umfangsende
14: zweites Umfangsende
15: Vertiefung
16: erste Führungsfläche
17: zweite Führungsfläche
18: Stegfortsatz
19: Hohlraum
20: erster Vorsprung
21: zweiter Vorsprung
22: Markierung
23: erste Positionierhilfe
24: zweite Positionierhilfe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10246825 A [0002]
JP 2008082380 A [0003]

Claims

Käfigsegment eines Kegelrollenlagers zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils (8) relativ zu einem zweiten Maschinenteil (9), mit – zwei einander gegenüber liegenden Umfangsstegen (10), die sich jeweils zwischen einem ersten Umfangsende (13) und einem zweiten Umfangsende (14) des Käfigsegments (7) erstrecken und – wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Verbindungsstegen (11), welche die beiden Umfangsstege (10) miteinander verbinden und gemeinsam mit den Umfangsstegen (10) wenigstens eine Tasche (12) zur Aufnahme eines konischen Wälzkörpers (6) ausbilden wobei – die Umfangsstege (10) und die Verbindungsstege (11) Taschenseiten aufweisen, welche die Tasche (12) begrenzen, – die Umfangsstege (10) und die im Bereich des ersten Umfangsendes (13) und des zweiten Umfangsendes (14) angeordneten Verbindungsstege (11) zu den Taschenseiten entgegengesetzte Umgebungsseiten aufweisen, – das Käfigsegment (7) im Bereich des ersten Umfangsendes (13) eine erste Positionierhilfe (23) und im Bereich des zweiten Umfangsendes (14) eine zweite Positionierhilfe (24) aufweist, wobei die erste Positionierhilfe (23) und die zweite Positionierhilfe (24) relativ zueinander derart angeordnet sind, dass eine lagerichtige Anordnung benachbarter Käfigsegmente (7) im Kegelrollenlager relativ zueinander aus dem Zusammenwirken der ersten Positionierhilfe (23) und der zweiten Positionierhilfe (24) dieser Käfigsegmente (7) erkennbar ist.
Käfigsegment nach Anspruch 1, wobei die erste Positionierhilfe (23) und die zweite Positionierhilfe (24) komplementär zueinander ausgebildet sind.
Käfigsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Positionierhilfe (23) und die zweite Positionierhilfe (24) jeweils in einem Abschnitt der Umgebungsseite des jeweiligen Verbindungsstegs (11) angeordnet sind, der mit einem der Umfangsstege (10) überlappt.
Käfigsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Positionierhilfe (23) als eine in Umfangsrichtung über die Umgebungsseite des Verbindungsstegs (11) hinausragende Erhebung und die zweite Positionierhilfe (24) als eine Ausnehmung ausgebildet ist.
Käfigsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Käfigsegment (7) genau eine Tasche (12) aufweist.
Kegelrollenlager zur drehbaren Lagerung eines ersten Maschinenteils (8) relativ zu einem zweiten Maschinenteil (9), mit – konischen Wälzkörpern (6), die jeweils eine Rotationsachse aufweisen – Käfigsegmenten (7), die je wenigstens einen Wälzkörper (6) aufnehmen und die jeweils ein erstes Umfangsende (13) und ein zweites Umfangsende (14) aufweisen, wobei – die Rotationsachsen sämtlicher Wälzkörper (6) auf einer gemeinsamen konischen Fläche angeordnet sind, – die Käfigsegmente (7) jeweils im Bereich des ersten Umfangsendes (13) eine als eine Erhebung ausgebildete erste Positionierhilfe (23) und im Bereich des zweiten Umfangsendes (14) eine als eine Ausnehmung ausgebildete zweite Positionierhilfe (24) aufweisen und – die Erhebungen und die Ausnehmungen benachbarter Käfigsegmente (7) ineinander greifen.
Kegelrollenlager nach Anspruch 6, wobei die Käfigsegmente (7) in Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers direkt zueinander benachbart angeordnet sind.
Kegelrollenlager nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Käfigsegmente (7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet sind.
Verfahren zum Montieren eines Kegelrollenlagers, wobei mehrere Käfigsegmente (7), die je eine erste Positionierhilfe (23) und je eine zweite Positionierhilfe (24) aufweisen, in Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers derart nebeneinander positioniert werden, dass aus dem Zusammenwirken der ersten Positionierhilfe (23) und der zweiten Positionierhilfe (24) benachbarter Käfigsegmente (7) eine lagerichtige Anordnung dieser Käfigsegmente (7) relativ zueinander erkennbar ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Käfigsegmente (7) vor der Positionierung im Kegelrollenlager jeweils mit wenigstens einem Wälzkörper (6) bestückt werden.