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Die Erfindung betrifft ein Käfigsegment eines Käfigs eines Wälzlagers, bestehend aus zwei in Axialrichtung des Käfigs mit Abstand zueinander angeordneten Seitenplatten und zwei in Umfangsrichtung des Käfigs mit Abstand zueinander angeordneten Querplatten, wobei die beiden Querplatten mit den beiden Seitenplatten fest verbunden sind, und bei dem die beiden Querplatten sowie die beiden Seitenplatten eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers bilden. Außerdem betrifft die Erfindung einen aus solchen Käfigsegmenten aufgebauten Segmentkäfig für ein Wälzlager.
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In Großwälzlagern mit Durchmessern im Meterbereich, beispielsweise einreihige oder zweireihige Kegelrollenlager von Windkraftanlagen zur Lagerung einer Rotorwelle in einem Gehäuse, werden Bolzenkäfige oder Segmentkäfige zur äquidistanten Führung von Wälzkörpern genutzt, welche radial zwischen einem Außenring und einem Innenring des Wälzlagers angeordnet sind. Beide Bauformen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei Bolzenkäfigen sind die Wälzkörper mit Axialbohrungen versehen, durch die jeweils ein gehärteter und oberflächenbehandelter Stahlbolzen geführt ist, welcher zwei meistens aus Stahl bestehende Käfigseitenringe verbindet und gleichzeitig als Drehachse für die Wälzkörper dient. Kostengünstiger in der Herstellung sind Segmentkäfige, die aus Kunststoff, Stahl oder metallischen Legierungen wie Messing bestehen. Derartige Segmentkäfige weisen einzelne ringabschnittförmige und in Umfangsrichtung aneinander gereihte Käfigsegmente auf. Üblicherweise ist ein Umfangsspiel zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen sowie von thermisch, mechanisch oder chemisch bedingten Ausdehnungen der Käfigbauteile vorgesehen, um sicherzustellen, dass sich der Käfig zwischen den Lagerringen bei allen auftretenden Betriebsbedingungen nicht mechanisch verspannt. Die Käfigsegmente können lose angeordnet oder miteinander verbunden sein, und sie bilden Taschen zur Aufnahme und Führung der Wälzkörper. Die Käfige beziehungsweise Käfigsegmente können so ausgelegt sein, dass sie im eingebauten Zustand und im Betrieb des Wälzlagers die Lagerringe nicht berühren oder sich beim Berühren der Lagerringe über Führungselemente an diesen abstützen.
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Die
DE 10 2008 062 913 A1 und die
DE 10 2009 037 422 A1 zeigen Segmentkäfige für Großwälzlager, beispielsweise für ein Kegelrollenlager oder Kugellager, die aus Kunststoff hergestellt sind und aus mehreren Käfigsegmenten bestehen. Die Käfigsegmente weisen jeweils bevorzugt vier Taschen zur Aufnahme von Kegelrollen auf. Die Käfigsegmente sind durch Rast- oder Koppelelemente, welche ein Umfangsspiel zulassen, miteinander verbunden.
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Aus der
EP 1 408 248 B1 ist ein Kunststoffsegmentkäfig eines Großwälzlagers mit mehreren Käfigsegmenten bekannt, welche jeweils bevorzugt vier Taschen zur Aufnahme konischer Wälzkörper aufweisen. Die Käfigsegmente sind lose aneinandergereiht, wobei zwischen den benachbarten Stirnseiten eines letzten und eines ersten Käfigsegments der Aneinanderreihung in Umfangsrichtung ein als Umfangs- oder Endspiel dienender Zwischenraum verbleibt, um Umfangslängenausdehnungen des Käfigs zu kompensieren.
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Kunststoffsegmentkäfige haben zwar im Vergleich mit herkömmlichen, einteiligen, metallischen Wälzlagerkäfigen in der Regel Gewichts- und Kostenvorteile. Allerdings müssen bei Segmentkäfigen die im Betrieb auftretenden Relativbewegungen der Käfigsegmente beherrscht werden, die durch das erforderliche Umfangsspiel entstehen. Insbesondere bei in Windkraftanlagen vertikal eingebauten Großwälzlagern kann es bei einer Aneinanderreihung von nicht oder lose miteinander verbundenen Käfigsegmenten im Betrieb gravitationsbedingt zu einem geräuschintensiven, ein Spiel zwischen einzelnen Segmenten aufzehrenden Aufeinanderfallen der Segmente kommen, wobei die Gefahr von Beschädigungen des Käfigs und des Lagers besteht. Um dies zu vermeiden, sollte das Umfangsspiel zwischen den Käfigsegmenten nicht größer als unbedingt nötig sein. Jedoch sind bei Kunststoffkäfigen aufgrund des größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunststoffmaterials gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des metallischen Materials, wie Stahl, aus dem üblicherweise die Lagerringe hergestellt sind, relativ große Umfangslängenausdehnungen zu berücksichtigen. Dies kann bei Wälzlagern mit großen Durchmessern und relativ großen Fallhöhen der Käfigsegmente sowie der Erwärmung auf hohe Betriebstemperaturen problematisch sein.
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Bei Käfigsegmenten, die miteinander gekoppelt aber relativ zueinander beweglich sind, ist zwar das betriebsbedingte Aufeinanderschlagen benachbarter Käfigsegmente eher unbedeutend, jedoch kann es durch Reibungsverluste an dem Kopplungsmechanismus der Käfigsegmente zu zusätzlichen unerwünschten Temperaturerhöhungen im Wälzlager und zu einem vergleichsweise schnellem Verschleiß des Käfigs kommen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der genannten Nachteile bei Segmentkäfigen besteht darin, Käfigsegmente zu nutzen, die in ihrer Umfangslänge möglichst kurz und leicht sind. Daher geht die Weiterentwicklung der Segmentkäfige weg von herkömmlichen Käfigsegmenten mit vier Taschen hin zu Käfigsegmenten mit weniger Wälzkörpertaschen.
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Aus der
WO 2012/076583 A2 ist ein Segmentkäfig eines Kegelrollenlagers bekannt, bei dem in Umfangsrichtung des Kegelrollenlagers jeweils ein Käfigsegment mit einem Wälzkörper und ein Wälzkörper ohne Käfigsegment alternierend aufeinander folgen. Die Käfigsegmente weisen jeweils zwei Umfangsstege und zwei Verbindungsstege auf, wobei letztere die beiden Umfangsstege miteinander verbinden, so dass eine Tasche zur Aufnahme einer Kegelrolle mit der Form eines gleichschenkligen Trapezes ausgebildet ist. Die Käfigsegmente weisen an ihren Umfangsenden innenseitig und außenseitig an den Taschen Führungsflächen auf, mit denen sie die Kegelrollen partiell umgreifen. Die Käfigsegmente sind als einteilige Kunststoff-Spritzgussteile gefertigt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Käfigsegment zu schaffen, das hinsichtlich seiner Herstellkosten und Funktion weiter verbessert ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen verbesserten Käfig eines Wälzlagers vorzustellen, der aus solchen Käfigsegmenten zusammengesetzt ist. Insbesondere soll ein Käfigsegment mit einer Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers und ein aus solchen Käfigsegmenten bestehender Käfig eines Wälzlagers geschaffen werden, wobei der Käfig für ein Kegelrollenlager einer Windkraftanlage oder einer vergleichbaren Großwälzlageranwendung nutzbar ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Lagerkäfige für große Wälzlager durch einzelne Aufnahmetaschen für die Wälzkörper relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Die Eintaschen-Käfigsegmente können lose aneinander gereiht zu Lagerkäfigen mit einem gewünschten Durchmesser zusammengesetzt werden. Gegebenenfalls auftretende Stoßwirkungen in Umfangsrichtung sind bei Eintaschen-Käfigsegmenten vergleichsweise gering. Die Eintaschen-Käfigsegmente können aus wenigen Einzelteilen zusammengefügt werden. Durch überraschend einfache zusätzliche konstruktive Maßnahmen lässt sich eine große Robustheit und Belastbarkeit für anspruchsvolle Einsatzbedingungen wie in Windkraftanlagen erzielen.
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Die Erfindung geht daher aus von einem Käfigsegment eines Käfigs eines Wälzlagers, bestehend aus zwei in Axialrichtung des Käfigs mit Abstand zueinander angeordneten Seitenplatten und zwei in Umfangsrichtung des Käfigs mit Abstand zueinander angeordneten Querplatten, wobei die beiden Querplatten mit den beiden Seitenplatten fest verbunden sind, und bei dem die beiden Querplatten sowie die beiden Seitenplatten eine Tasche zur Aufnahme eines Wälzkörpers bilden. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung außerdem vor, dass die Seitenplatten an ihren beiden in Umfangsrichtung des Käfigs weisenden Enden jeweils eine Nut aufweisen, dass an den beiden axialen Enden der Querplatten jeweils ein in Axialrichtung weisender Steg ausgebildet ist, dass die Stege der Querplatten in zugeordneten Nuten der Seitenplatten angeordnet sind, und dass die Querplatten im Bereich derer Stege fest mit den Seitenplatten verbunden sind.
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Die einen Wälzlagerkäfig betreffende Aufgabe wird gelöst durch einen Käfig bestehend aus einer Mehrzahl von Käfigsegmenten mit den Merkmalen von wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Wälzlager einen koaxial über einem Innenring angeordneten Außenring sowie radial dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweist, wobei jeder Wälzkörper in einer Tasche eines Käfigsegments aufgenommen ist, wobei die Käfigsegmente jeweils genau eine Tasche aufweisen, wobei die Käfigsegmente in Umfangsrichtung des Käfigs gesehen direkt aufeinanderfolgend hintereinander angeordnet sind, und bei dem die aneinander gereihten Käfigsegmente mit Spiel zueinander angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Käfig für ein Großwälzlager, wie ein Kegelrollenlager einer Windkraftanlage, ausgebildet ist. Ein solcher Käfig soll definitionsgemäß einen Durchmesser von mehr als einem Meter aufweisen. Durch den Käfig mit den Merkmalen der Erfindung können die eingangs erläuterten Probleme, die bei sehr großen Lagerungen für die der Rotorwelle von Windkraftanlagen in besonderem Maße auftreten, wirkungsvoll und kostengünstig verringert werden.
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Durch die Erfindung ist ein Käfigsegment geschaffen, das aus vier fest miteinander verbunden Einzelkomponenten besteht, die nur eine Tasche zur Aufnahme nur eines Wälzkörpers bilden. Das Käfigsegment wird daher im Folgenden als Eintaschenverbundkäfigsegment bezeichnet. Weiterhin wird im entsprechenden Sinn der Begriffe Eintaschenverbundkäfig verwendet.
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Die Einzelkomponenten des Eintaschenverbundkäfigsegments sind demnach zwei Seitenplatten und zwei Querplatten, welche mittels Nut-Steg-Verbindungen zusammengesteckt werden, bevor diese Platten zu einem Verbundteil fest miteinander verbunden werden. Dadurch erhält das Eintaschenverbundkäfigsegment eine besonders hohe Stabilität und Belastbarkeit. Ein Käfig eines Wälzlagers ist gemäß der Erfindung aus einer Mehrzahl von solchen stabilen Eintaschenverbundkäfigsegmenten zusammengesetzt, die kontinuierlich einen Kreis bildend aneinander gereiht sind, so dass jeweils ein Käfigsegment zusammen mit einem Wälzkörper eine Einheit bildet. Durch den stabilen Aufbau des Eintaschenverbundkäfigsegments ist sichergestellt, dass sich die Wälzkörper auch bei hohen Lagerlasten stets frei in der Tasche drehen können und ein Verklemmen in der Tasche vermieden wird.
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Die Seitenplatten und die Querplatten der Käfigsegmente bestehen vorzugsweise aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung, beispielsweise aus Stahl, und sind vorzugsweise durch ein Schweißverfahren wie Laserschweißen fest gefügt. Dieses Fügeverfahren ist für alle Größen und Wandstärken von Metallplatten geeignet und relativ kostengünstig. Falls erforderlich, können Details an den Konturen des Käfigsegments mit einem spangebenden Fertigungsverfahren präzise nachgearbeitet werden.
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Aus Metall bestehende Käfigsegmente haben im Vergleich zu Kunststoffkäfigsegmenten den Vorteil, dass sie eine geringere Wärmeausdehnung aufweisen. Vor allem unterscheidet sich die Wärmeausdehnung der Käfigsegmente nicht oder nur geringfügig von der Wärmeausdehnung der Hauptkomponenten des Wälzlagers, also den Lageringen mit den Wälzkörperlaufbahnen und den Wälzkörpern selbst. Daher können Segmentkäfige aus Metall mit einem kleineren Umfangsspiel im Vergleich zu Kunststoffsegmentkäfigen konzipiert werden, ohne dass im Betrieb die Gefahr eines Verklemmens des Käfigs zwischen den Lagerringen oder der Wälzkörper in den Taschen des Käfigs besteht. Durch das vergleichsweise geringe Umfangsspiel der Käfigsegmente in einem Wälzlager wird die Gefahr eines geräuschintensiven und schädlichen Aufeinanderschlagens von unmittelbar benachbarten Käfigsegmenten, insbesondere in einem vertikal eingebauten großen Wälzlager verringert.
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Zudem ist bei einigen Kunststoffen die Eignung für einen Lagerkäfig, der spezifischen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, ungewiss. Gelegentlich fehlen ausreichende Langzeitstudien über Alterungseffekte und Resistenzen des Materials bei hohen Belastungen, beispielsweise über die Widerstandfähigkeit gegenüber bestimmten Schmiermitteln und bei sich häufig wiederholenden Erwärmungs- und Abkühlvorgängen zwischen den Betriebs- und Ruhephasen, insbesondere bei Windkraftanlagen. Es sei aber erwähnt, dass grundsätzlich das Eintaschenverbundkäfigsegment mit den Merkmalen der Erfindung auch aus einem Kunststoff hergestellt und so gefertigt sein kann, dass es eine vergleichbare Stabilität wie ein Stahlverbundsegment aufweist.
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Da die Käfigsegmente gemäß der Erfindung jeweils nur eine Tasche zur Aufnahme nur eines Wälzkörpers aufweisen, bauen sie wesentlich kürzer in ihrer auf den Umfang des Käfigs bezogenen Länge. Bei einer bevorzugt zur Anwendung kommenden Metallbauweise sind die erfindungsgemäßen Käfigsegmente aufgrund der vergleichsweise geringen Wandstärken relativ leicht, gegebenenfalls sogar leichter als herkömmliche Vier-Taschen-Käfigsegmente aus Kunststoff mit deren dickeren Wänden. Dadurch wirken geringere Massen und Impulse bei den Relativbewegungen der lose aneinander gereihten Käfigsegmente gegeneinander. Dies führt zu einer Verringerung der Geräuschentwicklung und des Verschleißes des Käfigs.
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Ein Eintaschenverbundkäfig mit den Merkmalen der Erfindung ist somit durch ein einfaches Fügen von vier Einzelkomponenten kostengünstig herstellbar. Die Robustheit und die Stabilität der Käfigsegmente sind durch die vorgeschlagenen Nut-Steg-Steckverbindungen der Seitenteile und der Querteile erhöht. Die kompakten sowie relativ leichten Eintaschenverbundkäfigsegmente führen zu einer reduzierten Geräuschentwicklung und verringern den Verschleiß des Käfigs auch im Vergleich mit Mehrtaschensegmenten für Lagerkäfige. Insgesamt kann die Belastbarkeit eines mit dem Eintaschenverbundkäfig ausgestatteten Wälzlagers erhöht werden. Bei einer Ausführung als Eintaschenverbundkäfig aus Stahl kann das erforderliche Umfangsspiel aufgrund des vergleichsweise kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl vorteilhaft klein gehalten werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Seitenplatten und die Querplatten des Eintaschenverbundkäfigsegments unterschiedliche Wandstärken aufweisen, wobei die Wandstärke der Querplatten im Vergleich zur Wandstärke der Seitenplatten geringer oder erhöht ist. Demnach können die Wandstärken der vier gefügten Komponenten des Eintaschenverbundkäfigsegments an eine vorgegebene Größe des Wälzlagers sowie an die Anforderungen an Traglast, Standzeit und Einsatzbedingungen flexibel angepasst werden. Eine Verringerung der Wandstärke der Querplatten verkürzt die Umfangslänge des Käfigsegments. Dadurch wird eine größere Anzahl von Käfigsegmenten und damit eine größere Anzahl von Wälzkörpern in dem Segmentkäfig ermöglicht, was sich günstig auf die Belastbarkeit des Wälzlagers auswirkt. Demgegenüber können die Seitenplatten hinsichtlich ihrer Dicke verstärkt ausgeführt sein. Dadurch wird die Stabilität des Käfigsegments erhöht, wodurch der Käfig höhere Kräfte in Umfangsrichtung des Wälzlagers aufnehmen kann.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass an den Seitenplatten nach radial außen und/oder nach radial innen hervorstehende Führungselemente ausgebildet sind, welche als abgerundete Gleitflächen zum Abstützen an einer Wälzlagerlaufbahn oder an einem Wälzlagerrand ausgebildet sind. Demnach kann sich der Käfig im montierten Zustand im Wälzlager an den Lagerringen abstützen. Dabei bleiben durch die Gleitflächen die Reibung und der Verschleiß an den Kontaktstellen bei Relativbewegungen des Käfigs beziehungsweise der Eintaschenverbundkäfigsegmente gegenüber den Lagerringen in Umfangsrichtung gering.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Seitenplatten und/oder die Querplatten Schmiermittelzuführungen aufweisen, welche als Bohrungen oder Ausnehmungen ausgebildet sind. Demnach können an dem Eintaschenverbundkäfigsegment Schmierungsbohrungen, Ausstanzungen, Konturen etc. ausgebildet sein, die eine effektive Zufuhr eines Schmiermittels zu den Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und den Wälzkörperanlaufflächen an den Wänden der Tasche des Käfigsegments sowie zu den Kontaktflächen zwischen den Wälzkörpern und den Wälzkörperlaufbahnen gewährleisten oder zumindest verbessern.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Querplatten in Umfangsrichtung des Käfigs gesehen über ihre gesamte axiale Länge oder zumindest an einem ihrer axialen Enden mit den Seitenplatten bündig abschließen. Demnach ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung ein Flächenanschlag in Umfangsrichtung der einander zugewandten Stirnseiten der unmittelbar benachbarten Eintaschenverbundkäfigsegmente ausgebildet. Für die Aufnahme von Kräften in Umfangsrichtung steht somit die gesamte oder zumindest ein Großteil der stirnseitigen Fläche des Käfigsegments zur Verfügung. Die Umfangskräfte können sich über diese Fläche gleichmäßig verteilen.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Querplatten in Umfangsrichtung des Käfigs gesehen über ihre gesamte axiale Länge oder zumindest an einem ihrer axialen Enden in Bezug zu den Seitenplatten zurückversetzt angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die in Umfangsrichtung des Käfigs weisenden Enden der Seitenplatten der Eintaschenverbundkäfigsegmente so aufeinander abgestimmt, dass sie zumindest abschnittweise möglichst exakt aufliegende Kontaktflächen für die unmittelbar benachbarten Eintaschenverbundkäfigsegmente bilden. Über die aufeinander abgestimmten Enden der Seitenplatten entsteht eine hohe Belastbarkeit des Segmentkäfigs. Die jeweils aneinander angrenzenden Querplatten zweier unmittelbar benachbarter Käfigsegmente berühren sich dabei nicht oder höchsten teilweise. Zwischen den unmittelbar benachbarten Querplatten zweier Käfigsegmente entsteht jeweils ein freier, spaltförmiger Zwischenraum. Dadurch kann zumindest an den axialen Außenseiten der Querplatten in Umfangsrichtung eine größere Fertigungstoleranz zugelassen werden, wodurch sich der Bearbeitungsaufwand der Querplatten und deren Herstellkosten verringern.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Tasche eines Eintaschenverbundkäfigsegments eine gleichschenklig trapezförmige Geometrie aufweist und zur Aufnahme nur einer Kegelrolle eines Kegelrollenlagers ausgebildet ist, wobei die taschenseitigen Flächen der Seitenplatten und/oder der Querplatten als Anlaufflächen für die Kegelrolle ausgebildet sind. Demnach kann die Tasche direkt mit einem solchen Kegelwinkel ausgeführt werden, welcher einem Kegelwinkel einer Kegelrolle entspricht. Die Seitenplatten und die Querplatten können einfach entsprechend hergestellt und zusammengefügt werden. Dadurch ergeben sich für die in der Tasche aufgenommene Kegelrolle an den Querplatteninnenseiten durchgehende Anlaufflächen, die sich in der Axialrichtung des Käfigsegments beziehungsweise des Segmentkäfigs erstrecken. Durch eine Aneinanderreihung derartiger kegeliger Eintaschenverbundkäfigsegmente wird ein Käfig für ein Kegelrollenlager mit einer hohen Belastbarkeit geschaffen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 eine perspektivische Ansicht eines Käfigsegments eines Käfigs eines Wälzlagers gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine perspektivische Ansicht zweier in einem Käfig eines Wälzlagers benachbart angeordneter Käfigsegmente mit darin aufgenommenen Wälzkörpern gemäß der ersten Ausführungsform,
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3 eine perspektivische Teilansicht eines Wälzlagers mit einem Käfig mit mehreren Käfigsegmenten gemäß der ersten Ausführungsform, und
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4 eine perspektivische Teilansicht eines Wälzlagers mit einem Käfig mit mehreren Käfigsegmenten gemäß einer zweiten Ausführungsform der Käfigsegmente.
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Einige Bauelemente der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen stimmen überein, so dass sie mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind.
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1 zeigt ein als ein Eintaschenverbundkäfigsegment ausgebildetes Käfigsegment 1. Mehrere solcher Käfigsegmente 1 bilden einen als ein Eintaschenverbundkäfig ausgebildeten Segmentkäfig 2 eines Wälzlagers 3, beispielsweise eines Kegelrollenlagers einer Windkraftanlage, zur Drehlagerung der Welle eines Rotors der Windkraftanlage in einem Gehäuse.
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Das Käfigsegment 1 besteht aus zwei Seitenplatten 4, 5 und zwei Querplatten 6, 7, die fest miteinander verbunden sind. Die beiden Seitenplatten 4, 5 sind in der Axialrichtung 8 des Segmentkäfigs 2 mit Abstand zueinander gegenüberliegend angeordnet. Die beiden Querplatten 6, 7 sind in der Umfangsrichtung 9 des Wälzlagers 3 mit Abstand zueinander gegenüberliegend angeordnet. Demnach erstrecken sich die beiden Seitenplatten 4, 5 in Umfangsrichtung 9 und die beiden Querplatten 6, 7 in Axialrichtung 8 des Segmentkäfigs 2. Das Käfigsegment 1 ist bevorzugt aus Stahl hergestellt, wobei die beiden Seitenplatten 4, 5 und die beiden Querplatten 6, 7 durch ein Schweißverfahren, vorzugsweise durch Laserschweißen, fest miteinander verbunden sind. Die Wandstärke der Seitenplatten 4, 5 beträgt beispielsweise 8 mm, während die Wandstärke der Querplatten 6, 7 beispielsweise 6 mm beträgt.
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Jeweils zwei Seitenplatten 4, 5 und zwei Querplatten 6, 7 bilden im Verbund eine Tasche 10 zur Aufnahme eines Wälzkörpers 11. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der aufzunehmende Wälzkörper 11 eine Kegelrolle. Die Tasche 10 weist daher eine gleichschenklig trapezförmige Geometrie auf, welche der Geometrie eines Querschnitts durch eine Kegelrolle 11 angenähert ist. Insbesondere weist die Tasche 10 einen Kegelwinkel auf, der einem Kegelwinkel der Kegelrolle 11 entspricht. Dies ist dadurch erreicht, dass die in Blickrichtung von 1 gesehen hintere Seitenplatte 5 eine größere Länge aufweist als die in Blickrichtung vordere Seitenplatte 4.
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An den beiden in Umfangsrichtung 9 des Segmentkäfigs 2 weisenden Enden der Seitenplatten 4, 5 ist in mittlerer Plattenhöhe jeweils eine in Umfangsrichtung 9 des Käfigs 2 offene Nut 12a, 12b ausgebildet. Die beiden Querplatten 6, 7 weisen an ihren Axialrichtung 8 weisenden Enden in mittlerer Plattenhöhe jeweils einen in Bezug zu den Nuten 12a, 12b kongruent ausgebildeten, entsprechend dimensionierten Steg 13a, 13b auf. Die Nuten 12a, 12b und die Stege 13a, 13b sind derart aneinander angepasst, dass die jeweils benachbarten Paare von Nuten und Stege zumindest annähernd formschlüssig ineinander greifen und eine Steckverbindung bilden. Möglich ist auch eine Presspassung der Steckverbindungen. Die zusammengesteckten und dann fest gefügten Seitenplatten 4, 5 und Querplatten 6, 7 bilden ein stabiles Stahlverbundteil. Die Querplatten 6, 7 sind in der in den 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform des Käfigsegments 1 nicht bündig an den in Umfangsrichtung 9 des Käfigs 2 weisenden Enden der Seitenplatten 4, 5 angeordnet, sondern die Tasche 10 verkleinernd etwas zurückversetzt angeordnet.
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An den in Umfangsrichtung 9 des Segmentkäfigs 2 weisenden Enden der Seitenplatten 4, 5 sind nach radial außen vorstehende Führungselemente 14a, 14b sowie nach radial innen vorstehende Führungselemente 15a, 15b ausgebildet. In dieser Ausführungsform hat demnach jede Seitenplatte 4, 5 insgesamt vier Führungselemente 14a, 14b, 15a, 15b. Die beiden radial äußeren Führungselemente 14a, 14b sind als abgerundete Gleitflächen zur Abstützung an einem Lageraußenring 16 ausgebildet, während die beiden radial inneren Führungselemente 15a, 15b als abgerundete Gleitflächen zur Abstützung an einem Lagerinnenring 17 ausgebildet sind.
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Zur Versorgung der Innenwände der Tasche 10 des Käfigsegments 1 und des darin geführten Wälzkörpers 11 mit Schmiermittel sind an den beiden Seitenplatten 4, 5 jeweils zwei Bohrungen 18a, 18b sowie an die Führungselemente 14a, 14b, 15a, 15b angrenzende, halbkreisförmige Ausnehmungen 19a, 19b ausgebildet. Die Bohrungen 18a, 18b in den beiden Seitenplatten 4, 5 dienen vor allem der Schmiermittelversorgung der beiden Stirnseiten der Wälzkörper 11.
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2 zeigt zwei in dem Segmentkäfig 2 benachbart angeordnete Käfigsegmente 1 mit darin aufgenommenen Kegelrollen 11. Dadurch, dass die beiden Querplatten 6, 7 in Bezug zu den in Umfangsrichtung 9 des Käfigs 2 weisenden Enden der Seitenplatten 4, 5 in Richtung zur Tasche 10 zurückgenommen angeordnet sind, liegen diese Umfangsenden der Seitenplatten 4, 5 in Umfangsrichtung stirnseitig aneinander, während die benachbarten Querplatten 6, 7 sich nicht berühren. Zwischen den Querplatten 6, 7 und den beiden jeweils unmittelbar benachbarten Stegen 13a, 13b zweier Käfigsegmente 1 ist erkennbar ein Spalt 20 ausgebildet.
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3 zeigt einen Abschnitt des Wälzlagers 3. Das Wälzlager 3 weist einen Außenring 16 und einen Innenring 17 auf, wobei der Außenring 16 koaxial und radial über dem Innenring 17 angeordnet ist. An den beiden Lagerringen 16, 17 sind nicht erkennbare kegelige Wälzkörperlaufbahnen ausgebildet. Radial zwischen den beiden Lagerringen 16, 17 ist ein aus den Käfigsegmenten 1 gebildeter Segmentkäfig 2 angeordnet. Der Segmentkäfig 2 ist aus kontinuierlich sowie lose aneinander gereihten Käfigsegmenten 1 gebildet. Die Käfigsegmente 1 stützen sich über deren Gleitflächen 14a, 14b, 15a, 15b radial innen beziehungsweise radial außen an den beiden Lagerringen 16, 17 ab. In Umfangsrichtung 9 des Segmentkäfigs 2 liegen die Käfigsegmente 1 mit ihren benachbarten Umfangsenden aneinander an. Durch die in Richtung zur Tasche 10 eines jeden Käfigsegments 1 zurückgenommenen Querplatten 6, 7 ist der Spalt 20 auch zwischen den Stegen 13a, 13b der jeweils unmittelbar benachbarten Querplatten 6, 7 vorhanden.
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4 zeigt ein Abschnitt eines Wälzlagers 3', welches weitgehend baugleich ist wie das Wälzlager 3 gemäß 3. Das Wälzlager 3' gemäß 3 weist jedoch einen aus Käfigsegmenten 1' zusammengesetzten Segmentkäfig 2' auf, bei denen die Querplatten 6, 7 an den in Umfangsrichtung 9 weisenden Umfangsenden der Seitenplatten 4, 5 nicht in Richtung zu den jeweiligen Taschen 10 zurückgenommen sind, sondern bündig mit diesen Seitenplatten 4, 5 abschließen. Dementsprechend liegen die Käfigsegmente 1' mit ihren in Umfangsrichtung 9 des Segmentkäfigs 2' unmittelbar benachbarten Stirnseiten spaltfrei und flächig aneinander an.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Käfigsegment
- 2, 2'
- Segmentkäfig
- 3, 3'
- Wälzlager
- 4
- Erste Seitenplatte
- 5
- Zweite Seitenplatte
- 6
- Erste Querplatte
- 7
- Zweite Querplatte
- 8
- Axialrichtung des Segmentkäfigs
- 9
- Umfangsrichtung des Segmentkäfigs
- 10
- Tasche eines Käfigsegments
- 11
- Wälzkörper
- 12a
- Erste Nut in einer Seitenplatte
- 12b
- Zweite Nut in einer Seitenplatte
- 13a
- Erster Steg an einer Querplatte
- 13b
- Zweiter Steg an einer Querplatte
- 14a
- Erstes, radial äußeres Führungselement an einer Seitenplatte
- 14b
- Zweites, radial äußeres Führungselement an einer Seitenplatte
- 15a
- Erstes, radial inneres Führungselement an einer Seitenplatte
- 15b
- Zweites, radial inneres Führungselement an einer Seitenplatte
- 16
- Außenring
- 17
- Innenring
- 18a
- Erste Bohrung in einer Seitenplatte
- 18b
- Zweite Bohrung in einer Seitenplatte
- 19a
- Erste Ausnehmung an einer Seitenplatte
- 19b
- Zweite Ausnehmung an einer Seitenplatte
- 20
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008062913 A1 [0003]
- DE 102009037422 A1 [0003]
- EP 1408248 B1 [0004]
- WO 2012/076583 A2 [0008]
