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Technisches Gebiet
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Die Erfindung befasst sich mit der Ausbildung von Ringen, die aus untereinander verbindbaren Segmenten gebildet werden, sowie einem Verfahren zur Herstellung solcher Ringe.
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Aus Segmenten gebildete Ringe werden insbesondere dort eingesetzt, wo es notwendig ist, beispielsweise Ringe auszutauschen, die Wellen umgeben, ohne dabei die Welle zu demontieren. Wird beispielsweise eine Schiffswelle, welche sich zwischen der Antriebseinheit und der jeweiligen Schiffschraube erstreckt, mittels von Gleit- oder Wälzlagern gelagert, können diese Lager nur dann durch Lager mit einstückig ausgebildeten Lagerringen ersetzt werden, wenn vorher entweder die Schiffswelle aus den Lagern gezogen werden kann oder die Lager von der Schiffswelle abgezogen bzw. auf diese geschoben werden können. Wie leicht einzusehen ist, erfordert diese Art des Lageraustauschs umfangreiche Demontage und Montagearbeiten an den Umbauteilen, welche die Lager und die Welle umgeben. Oftmals ist es allerdings so, dass gar nicht der Platz zur Verfügung steht, um durch Axialbewegungen beispielsweise die Lager von der Welle abzuziehen.
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Deshalb ist man dazu übergangen, bei derartig problematischen Einbauverhältnissen u.a. Lagerringe, welche beispielsweise zu einem die Welle lagernden Wälzlager gehören, aus Segmenten zu bilden, die in Umgangsrichtung aneinandergereiht dann den jeweiligen Lagerring bilden. Eine solche Segmentierung erlaubt es, derartige Lagerringe ohne große Montagearbeiten an den Umbauteilen zu tauschen, weil die Segmente problemlos etwa von einer Welle abgenommen und durch neue Segmente ersetzt werden können.
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Besteht ein Lagerring eines geteilten Lagers beispielsweise aus zwei Segmenten, stellt in aller Regel jedes dieser Segmente einen halbkreisförmigen Ring bereit, die zusammengebaut wieder einen Lagerring ergeben. Wie in
DE3112303 A1 gezeigt, können zur Verbindung der Segmente Schrauben, Gewindestifte und/oder auch nur Pressstifte verwendet werden, welche durch die jeweils zu verbindenden Segmente geführt sind. Im Einzelnen ist dies so ausgeführt, dass Schrauben, etc., welche die beiden Segmente verbinden, eine Trennungsebene, welche zwischen zwei, einander unmittelbar gegenüberstehenden Stirnflächen von den verschiedenen Segmenten verläuft, unter einem Winkel von 90° schneiden. Auch kann die Verbindung zwischen geteilten äußeren Lagerringen von Wälz- oder Gleitlagern so gelöst sein, dass die die Lagerringe bildenden Segmente untereinander unverbunden sind und zu ihrer Verbindung in ein geteiltes Gehäuse gesetzt werden. Werden nach dem Einsetzen der Segmente in das geteilte Gehäuse die verschiedenen Gehäuseteile miteinander verbunden, werden nach dieser Verbindung die Segmente des Lagerrings im Gehäuse eingeklemmt. Letztes ist etwa in
US 2007/0116393 A1 gezeigt, wobei auch hier – wie etwa in
UST102401 H gezeigt – dann Schrauben die jeweiligen Trennungsebenen zwischen den beiden Gehäusehälften unter einem Winkel von 90° schneiden. Schließlich kann die Verbindung zwischen den Segmenten auch so ausgeführt sein, dass Klammern vorgesehen sind, die in Öffnungen der Segmente eingreifen, wie dies in
JP5089952 U1 für die Verbindung von zwei Segmenten gezeigt ist, die zusammen einen Käfig für ein Wälzlager bilden.
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Da es für die Funktionsweise eines geteilten Rings wesentlich ist, dauerhaft eine Raumform bereitzustellen, welche der eines ungeteilten Rings entspricht, ist es notwendig, dass die Verbindungsmittel, welche die jeweiligen Segmente verbinden, ihre Lage während der Nutzung der geteilten Ringe nicht verändern. Denn kommt es zu solchen Veränderungen, indem sich etwa die die Segmente verbindenden Schrauben lockern, verändert sich die gewünschte (Kreis-)Ringform und führt etwa bei Lagern zu deren vorzeitigem Ausfall. Daher werden besondere Maßnahmen ergriffen, um ein Lockern der Verbindungen zu verhindern. Dies kann so gelöst sein, dass die Verbindungsmittel mittels von Klebstoffen gesichert werden. Auch ist es bekannt, zu diesem Zweck besondere Sicherungsbleche zu verwenden, welche eine Lageänderung der die Segmente verbindenden Verbindungsmittel auszuschließen.
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All diese Maßnahmen zur Sicherung von geteilten Ringen sind aufwändig und erhöhen die Komplexität von geteilten Ringen. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, geteilte Ringe anzugeben, welche keine zusätzlichen Maßnahmen zur dauerhalten Bereitstellung einer Ringform erfordern, sondern allein mit Einbringen von Verbindungsmitteln in die Bohrungen für einen verriegelten Zusammenhalt der Segmente sorgen.
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Darstellung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Ausbildung eines geteilten Rings ist in Anspruch 8 angegeben. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Der Erfindung liegt die allgemeine Erkenntnis zugrunde, dass eine Selbstsicherung dann gegeben ist, wenn zumindest eine, eine zugehörige Trennungsebene schneidende gemeinsame Bohrungsachse zu dieser Trennungsebene einen von 90° verschiedenen Winkel einhält. Ist nämlich nur eine gemeinsame Bohrungsachse geneigt, verhindert diese Schrägstellung ein einfaches Abheben oder Entfernen eines Segments, selbst wenn die andere gemeinsame Bohrungsachse eines Verbindungsmittels die zugehörige Trennungsebene unter einem rechten Winkel schneidet. Wird nun ein derart ausgebildeter Ring von innen radial belastet, bleibt die angestrebte, stets geschlossene Ringform selbst dann noch erhalten, wenn sich ein in eine Bohrung zur Verbindung der Segmente eingebrachtes Verbindungsmittel im Laufe der Zeit etwas lockern sollte, denn für die Erfindung ist nicht wesentlich, dass die Verbindungsmittel in die Bohrungen fest eingeschraubt oder eingepresst sind, sondern dass der Schaft des jeweiligen Verbindungsmittels in Bohrungsteile einer Bohrung mit gemeinsamer Bohrungsachse eingreift, die sich in verschiedenen Segmenten erstrecken. Daher können auch bloße Passstifte genügender axialer Länge diese Aufgabe in sehr einfacher Weise erfüllen, selbst wenn diese kraftlos in die entsprechenden Bohrungen eingeschoben worden sind.
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Schon in diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass eine Trennungsebene immer eine solche ist, an welcher die Ebenen von zwei, zu unterschiedlichen Segmenten gehörenden Stirnflächen einander unmittelbar gegenüberstehen. Berühren sich die beiden von den Stirnflächen bereitgestellten Ebenen, bilden diese zusammen mit der jeweiligen Trennungsebene eine gemeinsame Ebene.
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Der Bearbeitungsaufwand ist reduziert, wenn eine durch ein Segment verlaufende Bohrung, welche mit einer in einem anderen Segment verlaufenden Bohrung eine gemeinsame Bohrungsachse hat, eine Sacklochbohrung ist.
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Die gegenseitige Verriegelung von Segmenten ist verbessert, wenn zumindest zwei gemeinsame Bohrungsachsen, welche verschiedene Trennungsebenen schneiden, einen gemeinsamen Schnittpunkt haben.
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Die Stabilität des Rings gegenüber von innen gegen den Ring wirkenden radialen Kräften ist erhöht, wenn zumindest eine Trennungsebene von mindestens zwei gemeinsamen Bohrungsachsen geschnitten wird, die zu Bohrungen gehören, deren Mündungen dieser Trennungsebene unmittelbar gegenüberstehen. Eine weitere Verbesserung des Zusammenhalts eines aus Segmenten gebildeten Rings stellt sich dann ein, wenn zumindest zwei gemeinsame Bohrungsachsen, die zu Bohrungen gehören, deren Mündungen an nur einer Trennungsachsen einander unmittelbar gegenüberstehen, einen gemeinsamen Schnittpunkt haben und/oder wenn die radialen Abstände A1, A2 zwischen den Schnittpunkten SP1, SP2 von gemeinsamen Bohrungsachsen, die zu Bohrungen gehören, deren Mündungen an nur einer Trennungsebene einander unmittelbar gegenüberstehen, und dem Mittelpunkt M des Rings zumindest an einer Stirnfläche, die einer Trennungsebene unmittelbar gegenübersteht, unterschiedlich groß sind.
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Vorteilhaft ist es, wenn der erfindungsgemäß ausgebildete Ring ein geteilter Lagerring oder ein geteilter Käfig eines Wälzlagers ist, weil die erfindungsgemäße Ausbildung trotz einer Segmentierung dieser Ringe sicherstellt, dass hoch belastete Lagerringe oder Käfige eine für ein verschleißfreies und reibungsfreies Abrollen von Wälzkörpern einmal hergestellte Ringform über einen sehr langen Zeitraum zuverlässig beizubehalten.
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Besonders einfach ist die Ausbildung von erfindungsgemäßen Ringen dann, wenn in einem ersten Schritt die Bohrungen in einen noch einstückig verbundenen Ring eingebracht werden und dann erst in einem nachfolgenden Schritt die Unterteilung dieses Rings in Segmente vorgenommen wird. Dies deshalb, weil durch die Einbringung von Bohrungen in einen geschlossenen Ring sichergestellt ist, dass nach dem Unterteilen des Rings, die Bohrungen von verschiedenen Segmenten ohne großen Aufwand quasi automatisch fluchten, wenn diese Segmente beispielsweise um eine Welle herum wieder zu einem Ring zusammengefügt werden.
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Schon in diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff Bohrung nicht nur das Einbringen von bloßen Löchern verstanden wird, sondern auch das Einbringen von Gewindebohrungen mit einschließt. Werden in den noch geschlossenen Ring Gewindebohrungen eingebracht und dann erst der Ring erfindungsgemäß segmentiert, wobei Trennungsebenen eine vorher eingebrachte Gewindebohrung in zwei Teilstücke unterteilen, hat das vorherige Einbringen von Gewindebohrungen in den Ring den Vorteil, dass später Schrauben zur Verbindung der Segmenten problemlos eingeschraubt werden können, weil sich jeder Gewindegang, welcher in einem Teilstück endet, im anderen Teilstück lagerichtig fortsetzt.
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Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Segmentierung der Ringe ohne Materialabtrag, etwa durch Brechen der Ringe, erfolgt.
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Ist allerdings ein bevorzugt auszuführendes Brechen der Ringe ausgeschlossen und kommen Trennverfahren mit Materialabtrag, wie etwas Sägen, Fräsen oder Erodieren zum Einsatz, kann es vorteilhaft sein, diesen Materialabtrag später wieder auszugleichen, indem zur Nachbildung einer vollkommenen geschlossenen Kreisform zumindest ein Zwischenstück zwischen zwei Stirnflächen von zwei verschiedenen Segmenten angeordnet wird. Da bei Käfigen nicht unbedingt eine geschlossene Kreisform vorhanden sein muss, kann es dort ausreichend sein, den Materialabtrag über die Verbindungselemente zu kompensieren.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Es zeigen:
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1 einen Lagerring,
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2 zwei halbkreisförmige Segmente,
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3 einen Lagerring gebildet aus zwei Segmenten gemäß 2,
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4 einen Wälzlagerkäfig,
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5 eine Teilsicht auf einen Wälzlagerkäfig gemäß 4 (teilweise geschnitten),
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6 eine weitere Ausführung eines Wälzlagerkäfigs, und
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7 eine Teilsicht eines Wälzlagerkäfigs gemäß 6 im Seitenschnitt.
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Wege zum Ausführen der Erfindung
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Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.
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In 1 ist ein einstückiger Ring 1 gezeigt, welcher ein Lagerring eines Wälzlagers ist. Bei 3 und 9 Uhr dieses Rings 1 sind vom äußeren Umfangsmantel 2 her Bohrungen 3 in den Ring 1 eingebracht, ohne dass diese Bohrungen 3 am inneren Umfangsmantel 4 des Rings 1 heraustreten. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass in anderen Ausführungen die Bohrungen 3 auch vom inneren Umfangsmantel 4 des Rings 3 in diesen hineinragen oder diesen zwischen innerer und äußerer Umfangsfläche 4, 2 vollständig durchziehen können. Auch wenn die Bohrungen 3 glattwandig gezeigt sind, können diese, wenn sie später keine Stifte, sondern Schrauben aufnehmen sollen, als Gewindebohrungen ausgeführt sein. Wie der Darstellung von 1 deutlich entnehmbar ist, verlaufen die eingebachten Bohrungen 3 in Richtung 6 Uhr aufeinander zu und bilden außerhalb des gebildeten Rings 1 einen gemeinsamen Schnittpunkt S.
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2 zeigt einen Ring 1 gemäß 1, welcher durch Brechen in zwei halbkreisförmige Segmente 5.1, 5.2 aufgeteilt ist. Deutlich ist dieser Darstellung entnehmbar, dass jeweils zwischen zwei Stirnflächen 6 von verschiedenen Segmenten 5.1, 5.2 eine Trennungsebene 7.1, 7.2 verläuft. Da die Trennungsebenen 7.1, 7.2 auch durch die Bohrungen 3 verlaufen, teilt sich nach der Segmentierung des Rings 1 jede der beiden Bohrungen 3 gemäß 1 in eine, durch das Segment 5.1 verlaufende Durchgangsbohrung 8 und in eine, in das Segment 5.2 ragende Sacklochbohrung 9 auf. Die Enden von Durchgangsbohrungen 8 und von Sacklochbohrungen 9, welche jeweils in den Stirnflächen 6 der Segmente 5.1, 5.2 münden, werden im Zusammenhang mit dieser Anmeldung als Mündungen 15 bezeichnet.
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Wird das Segment 5.1 in Pfeilrichtung P auf das Segment 5.2 abgesenkt, so dass die beiden Stirnflächen 6 des Segments 5.1 mit den beiden Stirnflächen 6 des Segments 5.2 in körperlichen Kontakt kommen, stellen sich Verhältnisse ein, die in 3 gezeigt sind.
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Dieser 3 ist entnehmbar, dass nach dem Absenken des Segments 5.1 auf das Segment 5.2 die Bohrungen 3, die sich aus den Durchgangsbohrungen 8 und den Sacklochbohrungen 9 zusammengesetzen, jeweils eine gemeinsame Bohrungsachse 10 haben und dass jede dieser beiden Bohrungsachsen 10 die zugehörige Trennungsebene 7.1 bzw. 7.2 unter einem von 90° verschiedenen Winkel α1, α2 schneidet.
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Werden nun oberhalb der Bohrung 3 angedeutete Stifte 11 in Pfeilrichtung P2 in die Bohrungen 3 bloß eingeschoben, sind die beiden Segmente 5.1, 5.2 miteinander verbunden, ohne dass sich von radial innen wirkenden Kräften F die gebildete Kreisform auflösen kann. Vielmehr bewirken allein die sich außerhalb des Rings 1 im Schnittpunkt S schneidenden gemeinsamen Bohrungsachsen 10 und das Einsetzen der Stifte 11 in die Bohrungen 3 eine Verriegelung der beiden Segmente 5.1, 5.2 in der gezeigten Kreisform, die nur auflösbar ist, wenn die Stifte 11 entweder aus den Bohrungen 3 herausgezogen oder zerstört werden. Zusätzlich können die in die Bohrungen 3, 8, 9 eingesetzten Stifte gegen Herausfallen gesichert sein, was allerdings in 3 nicht gezeigt ist.
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Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung auch erzielbar sind, wenn in einem nicht besonders dargestellten Ausführungsbeispiel die gemeinsame Bohrungsachse 10 die Trennungsebene 7.1 unter dem von 90° verschiedenen Winkel α1 und die gemeinsame Bohrungsachse 10 die Trennungsebene 7.2 unter einem Winkel α2 von 90° schneidet.
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Auch wenn – wie insbesondere 3 hervorhebt – in dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die gemeinsamen Bohrungsachsen 10 in der Papierebene verlaufen, können diese in einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel auch noch zusätzlich eine Neigung in einer senkrecht zur Papierebene stehenden Ebene haben.
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In 4 ist ein Käfig 12 eines Wälzlagers gezeigt, welche von zwei Segmenten 5.1, 5.2 gebildet wird. Im Unterscheid zu den Ausbildungen gemäß den 1 bis 3 sind in 4 je Trennungsebene 7.1, 7.2 zwei Stifte 11 vorgesehen, welche in die beiden Segmente 5.1, 5.2 eindringen. Wie in diesem Zusammenhang die 5 zeigt, sind die Bohrung 3 in den Ringrand 13.1 des Segments 5.2 eingebracht, durchdringen das Segment 5.2 als Durchgangsbohrungen 8 und enden im Segment 5.1 als Sacklochbohrungen 9. Bei Sicht gegen die Ringränder 13.1, 13.2 des Käfigs 12 verlaufen die beiden Stifte 11 der Trennungsebene 7.1 zueinander und zu den beiden Stiften 11 der Trennungsebene 7.2 parallel. Die Selbstverriegelung der beiden Segmente 5.1, 5.2 wird dadurch bewirkt, dass je Trennungsebene 7.1, 7.2 die beiden Stifte 11 bzw. die gemeinsamen, von den Ringrändern 13.1 ausgehenden Bohrungsachsen 10 lediglich aufeinander zulaufen, was durch einen Schnittpunkt S‘ in 5 im Segment 5.1 angedeutet ist. Auch wenn dies so in 4 gezeigt ist, müssen beide Schnittpunkte S‘ nicht notwendig im Segment 5.1. liegen Vielmehr kann dieser durch Umkehrung der Verhältnisse nur an der Trennungsebene 7.2 auch genauso gut im Segment 5.2 liegen. Die in 5 gezeigten, von 90° verschiedenen Winkel α1, α2 sind gleich groß, können aber in einem anderen, nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel auch unterschiedlich groß sein und/oder auch noch in einer senkrecht zur Papierebene stehenden Ebene geneigt sein.
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Die Ausführungsform gemäß 6 und 7 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß den 4 und 5 dadurch, dass – wie insbesondere 7 nur für die Trennungsstelle 7.1 hervorhebt – sich je Trennungsebene 7.1, 7.2 die beiden, jeweils einer Trennungsebene 7.1 oder 7.2 gehörenden gemeinsamen Bohrungsachsen 10.1, 10.2 bzw. die in diese Bohrungen 3, 8, 9 eingesetzten Stifte 11 kreuzen, um einen gegenseitige Verriegelung der Segmente 5.1, 5.2 zu bewirken. Wie in diesem Zusammenhang 7 deutlich hervorhebt, wird dieses Kreuzen der gemeinsamen Bohrungsachsen 10.1, 10.2 dadurch bewirkt, dass der Schnittpunkt SP1 der im Vordergrund verlaufenden gemeinsamen Bohrungsachse 10.1 mit der Ebene der Stirnfläche 6 des Segments 5.1 zum Mittelpunkt M des Käfigs 12 einen Abstand A1 einhält, dass der Schnittpunkt SP2 der im Hintergrund verlaufenden gemeinsamen Bohrungsachse 10.2 mit der Ebene der Stirnfläche 6 des Segments 5.1 zum Mittelpunkt M des Käfigs 12 einen Abstand A2 einhält und dass der Abstand A1 größer als der Abstand A2 ist. Wie auch schon im Zusammenhang mit den 4 und 5 ausgeführt, können die im Vordergrund und/oder die im Hintergrund verlaufenden gemeinsamen Bohrungsachsen 10.1, 10.2 auch noch zusätzlich in einer senkrecht zur Papierebene stehenden Ebene geneigt sein.
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Schließlich sei noch bemerkt, dass die Käfige gemäß den 4 bis 6 nicht durch Brechen, sondern durch Sägen in Segmente 5.1, 5.2 unterteilt worden sind. Dies zeigt sich dran, dass zwischen den verbundenen Segmente 5.1, 5.2 ein kleiner Abstand A3 verbleibt, welcher dem Materialabtrag durch das Sägen geschuldet ist. Um dennoch nach dem Verbinden der beiden Segmente 5.1, 5.2 zu einem vollständig geschlossen Ringform zu kommen, kann – wie in 5 an der Trennungsebene 7.1 angedeutet – zwischen den beiden Segmenten 5.1, 5.2 ein Zwischenstück 14 angeordnet sein, welches den Materialabtrag ausgleicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ring
- 2
- äußerer Umfangsmantel
- 3
- Bohrung
- 4
- innerer Umfangsmantel
- 5.n
- Segmente
- 6
- Stirnfläche
- 7.n
- Trennungsebene
- 8
- Durchgangsbohrung
- 9 S
- acklochbohrung
- 10
- gemeinsame Bohrungsachse
- 11
- Stift
- 12
- Käfig
- 13
- Ringrand
- 14
- Zwischenstück
- 15
- Mündung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3112303 A1 [0004]
- US 2007/0116393 A1 [0004]
- US 102401 H [0004]
- JP 5089952 U1 [0004]