DE102020128881B4

DE102020128881B4 - Käfig

Info

Publication number: DE102020128881B4
Application number: DE102020128881.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Schröder; Andreas Bierlein
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2040-11-04
Also published as: DE102020128881A1; CN116324198A; WO2022096054A1; US20230417285A1; US12055183B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfig 14 für ein geteiltes Wälzlager sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Käfigs 14.Um einen Käfig 14 zu bilden, werden Käfigsegmente 1 bereitgestellt, wobei jedes dieser Käfigsegmente 14 von zwei in axialem Abstand angeordneten Seitenstücken 2 und einer Mehrzahl von Stegen 3 gebildet wird, wobei die Stege 3 in Umfangsrichtung einen gegenseitigen Abstand einhalten und die beiden Seitenstücke 2 verbinden. Dabei werden Taschen 4 bereitgestellt, die Rollen 5 aufnehmen. Zur besseren Handhabbarkeit von Käfigsegmenten 1 ist ein Mittelsteg 16 vorgesehen, der einen Umfangsabstand von den Endstegen des Käfigsegments 1 von ½ der Bogenlänge B des Käfigsegments 1 hat und der von einer Bohrung durchdrungen ist, deren Zentrumsachse im Wesentlichen durch den Schwerpunkt S des Käfigsegments 1 verläuft und die ausgelegt ist, eine nach radial außen gerichtete Bewegungsvorrichtung lösbar aufzunehmen. Um bei einen geteilten Wälzläger einen in Umfangsrichtung geschlossenen Käfig 14 zwischen den ebenfalls geteilten Lagerringen 6, 13 auszubilden, werden zunächst die den inneren Lagerring 6 bildenden Innenringsegmente 8.1, 8.2 der Welle 7 montiert und ein Außenringsegment 9.1 mit Unterteil 10 des Lagergehäuses 11 verbunden. Sodann wird in die jeweiligen Mittelstege 16 des jeweils zu montierenden Käfigsegments eine Öse 17 eingebracht. Mittels eines durch die Öse 17 geführten Seils 24 wird dann das Käfigsegment 1 angehoben und auf den Einbauort am inneren Lagerring 11 abgesenkt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung befasst sich mit der Ausbildung von Käfigsegmenten eines geteilten Wälzlagers sowie mit einem Montageverfahren von derartigen Käfigsementen zu einem Käfig.
Um eine bessere Performance abzuliefern, weisen Wälzlager in der Regel einstückige Lagerringe und Käfigringe auf. Diese geschlossene Ringform der Lager- und Käfigringe verlangt allerdings eine Axialmontage, also eine Montage, bei welcher die Wälzlager als Ganzes oder in der Form von Einzelkomponenten auf eine zu lagernde Welle von axial außen aufgeschoben werden.
Beispielsweise zeigt die EP 3 173 645 A1 dazu einen einteiligen Käfig für eine Lageranordnung, bei der sich der Käfig dadurch auszeichnet, dass das Randende mindestens eine Aufnahmeaussparung aufweist, die zur Aufnahme eines abnehmbaren Befestigungselements eines Positionierungswerkzeugs geeignet ist.
Eine weitere Möglichkeit die Randbedingungen für eine axiale Kranmontage eines Wälzlagerkäfigs zu realisieren wird in der JP 2014 - 059 037 A aufgezeigt. Hierbei sind mehrer Ösen am Käfig angeordnet, um diesen im Gleichgewicht anheben und montieren zu können.
Eine Möglichkeit der Radialmontage eines Wälzlagerkäfigs wird in der JP 2009 - 092 189 A offenbart, wobei die Balance des Käfigs durch Hebeöffnungen zu beiden Seiten der äußeren Ringflächen sichergestellt wird.
Wenngleich eine Axialmontage von Wälzlagern bei der Erstausrüstung von Anlagen die Regel ist, ist eine Axialmontage zum Austausch von verschlissenen Wälzlagern nicht oder nur unter kaum vertretbarem Aufwand möglich. Um jedoch den Weiterbetrieb von Anlagen nicht an bloß verschlissenen Wälzlagern scheitern zu lassen, ist man dazu übergegangen, sogenannte geteilte Wälzlager vorzusehen.
Sind an einer Lagerstelle einer Anlage die Wälzlager entsprechend der Erstausrüstung verschlissen, werden diese Wälzlager entfernt. Dazu ist es erforderlich, die von den Wälzlagern gelagerte Welle anzuheben. Sodann werden zur Bereitstellung eines neuen inneren Lagerings Innenringsegmente um die Welle angeordnet und miteinander verbunden.
Dann wird in den radialen Abstand zwischen dem gebildeten inneren Lagerring und dem Unterteil des Lagergehäuses ein Außenringsegment eingebracht und auf dem Unterteil des Lagergehäuses abgelegt. Schließlich wird auf dem gebildeten inneren Lagerring ein Käfigsegment abgesetzt und dann in den radialen Abstand zwischen dem gebildeten inneren Lagerring und dem Außenringsegment reingedreht. Anschließend wird das nächste Käfigsegment auf dem gebildeten inneren Lagerring abgesetzt und wie oben beschrieben verfahren. Da bei geteilten Wälzlagern zur Minimierung des Montageaufwands die Käfige solcher Wälzlager lediglich aus zwei Käfigsegmenten gebildet werden, stellt das nächste Käfigsegment dann gleichzeitig auch das letzte Käfigsegment dar, so dass nach dem Absetzen des zweiten Käfigsegments das Wälzlager nur noch mittels eines Außenringsegments vervollständigt werden muss.
Um die Käfigsegmente auf dem gebildeten inneren Lagerring zu positionieren, sind ein Kran und zumindest ein Seil vorgesehen, dessen Enden zur Bildung einer Schlinge in den Lasthaken des Krans eingehängt sind. Soll ein Käfigsegment in seine Position oberhalb des gebildeten inneren Lagerrings verbracht werden, umgreift die jeweilige Schlinge das Käfigsegment quer zu dessen Umfangsrichtung. Wird in diesem Zustand das Käfigsegment auf dem gebildeten, inneren Lagerring abgesetzt, müssen Distanzstücke vorgesehen werden, die einen direkten Kontakt zwischen Käfigsegment und innerem Lagerring ausschließen. Denn nur durch diese Distanzstücke und den durch sie hergestellten radialen Abstand zwischen innerem Lagerring und Käfigsegment wird sichergestellt, dass die für die Positionierung der jeweiligen Käfigsegmente erforderlichen Seile nach der Positionierung zwischen Käfigsegment und innerem Lagerring wieder herausgezogen werden können.
Das Vorsehen von Distanzstücken und ihre spätere Entfernung macht aber die Bildung von geteilten Wälzlagern aufwändig.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Käfigsegmente und ein Montageverfahren für geteilte Wälzlager anzugeben, welches die Verwendung von Distanzstücken überflüssig macht.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind den Ansprüchen 2 bis 7 entnehmbar. Ein Montageverfahren findet sich in Anspruch 8. Ist jedes Käfigsegment, welches einen Kreisbogen der Bogenlänge B beschreibt, mit einem Mittelsteg vorgesehen, der zu den Umfangsenden des jeweiligen Käfigsegments einen Abstand von einer halben Bogenlänge B einhält, und von einer Bohrung durchdrungen, deren Zentrumsachse im Wesentlichen durch den Schwerpunkt des Käfigsegments verläuft und die ausgelegt ist, eine nach radial außen gerichtete Bewegungsvorrichtung lösbar aufzunehmen, kann das jeweilige Käfigsegment durch einen am Bewegungssegment angreifenden Lasthaken eines Krans direkt auf den inneren Lagerring gesetzt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Bewegungsvorrichtung eine Öse hat, weil bei einem Durchziehen des jeweiligen Seils durch die Öse eine sichere Verbindung zwischen Käfigsegment und Seil hergestellt wird.
Ist die Bewegungsvorrichtung eine Stange, kann das jeweilige Käfigsegment durch Kraftwirkung auf die Stange sehr einfach zwischen innerem Lagerring und Außenringsegment eingedreht werden.
Ein Austausch von Bewegungsvorrichtungen zum Heben und Eindrehen der Käfigsegmente ist überflüssig, wenn die Stange mit einer Öse versehen ist.
Eine Beschädigung von Käfigsegmenten muss nicht befürchtet werden, wenn jedes Käfigsegment zwei Endstege aufweist, die dieses Käfigsegment in Umfangsrichtung abschließen und der Mittelsteg und/oder die Endstege jedes Käfigsegments zumindest in Umfangsrichtung eine größere Ausdehnung haben als die übrigen Stege dieses Käfigsegments. Haben nämlich die Endstege eine größere Ausdehnung, kann auf eine mechanische Verbindung zwischen Käfigsegmenten verzichtet werden, weil diese größeren Ausdehnungen geeignet sind, ein Aneinanderschlagen von unverbundenen Käfigsegmenten während des Betriebs elastisch aufzunehmen, ohne dass ein Klemmen von Rollen in Taschen befürchtet werden muss. Die größere Ausdehnung des Mittelstegs stellt sicher, dass Verformungen während des Anhebens unterbleiben. Die Versorgung des Wälzlagers mit Schmierstoff ist verbessert, wenn mindestens eines der Seitenstücke gegenüber dem Mittelsteg eine nach radial innen gerichtete Absenkung seines äußeren Umfangsrandes aufweist.
Die Geräuschentwicklung des Wälzlagers ist reduziert, wenn die den Käfig bildenden Käfigsemente an ihren Endsegmenten miteinander verbunden sind.
Eine schnelle und einfache Montage von geteilten Wälzlagern ist dann gegeben, wenn Käfigsegmente entsprechend einem der Ansprüche 1 - 7 bereitgestellt werden, wobei Bewegungsvorrichtungen gemäß Anspruch 2 oder 4 in die jeweiligen Bohrungen des jeweiligen Käfigsegments so eingebracht werden, dass diese bezogen auf das Käfigsegment nach radial außen herausschauen,
wenn mindestens ein Käfigsegment mittels einer an der Bewegungsvorrichtung angreifenden Hebevorrichtung angehoben, auf dem inneren Lagerring des Wälzlagers abgesetzt und dann mittels von in Umfangsrichtung an den Bewegungsvorrichtungen gemäß Anspruch 3 oder 4 wirkenden Kräften in den radialen Abstand zwischen äußerer Lagerschale und innerem Lagerring reingedreht wird, und
dass das letzte, den Käfig vervollständigende Käfigsegment lediglich von einer an der Bewegungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 4 angreifenden Hebevorrichtung auf dem inneren Lagerring abgesetzt wird.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Käfigsegment;
2.a-d Montageablauf in vier Schritten;
3 eine weitere Ansicht eines Käfigsegment;
4 eine weitere Ausführung gemäß 1; und
5 eine weitere Ausführung gemäß Fig, 1

Wege zum Ausführen der Erfindung
Die Erfindung soll nun anhand der Fig. näher erläutert werden.
1 zeigt ein Käfigsegment 1, welches von zwei in axialem Abstand angeordneten Seitenstücken 2 und einer Mehrzahl von Stegen 3, die in Umfangsrichtung einen gegenseitigen Abstand einhalten und die beiden Seitenstücke 2 verbinden. Dieses Käfigsegment 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig aus Messing hergestellt und kann in einem anderen Ausführungsbeispiel auch aus Stahlblech gebildet sein. Durch den Verlauf der Seitenstücke 2 und der Stege 3 werden Taschen 4 bereitgestellt, in welche bereits Rollen 5 eingesetzt sind.
Käfigsegmente 1 der in 1 gezeigten Art werden zur Bildung von Wälzlagern verwendet, wo es gilt, ursprünglich montierte Wälzlager nach Erreichen der Verschleißgrenze durch neue Wälzlager zu ersetzen, ohne dass dazu eine aufwändige, oftmals auch gar nicht ausführbare Axialmontage von Wälzlagern ausgeführt werden muss. Scheidet eine Axialmontage von Wälzlagern aus, werden sowohl für den inneren Lagerring als auch für den äußeren Lagerring geteilte Lagerringe bereitgestellt, die nach ihrer Verbindung wieder geschlossene Lagerringe bilden. In der Regel werden bei geteilten Lagern die jeweiligen Lagerringe von zwei halb-schalenförmigen Lagerringsegmenten gebildet.
In 2, welche den Montageablauf für ein geteilten Wälzlager in vier Detaildarstellungen 2a bis d zeigt, wird nach der Entfernung des alten Wälzlagers (nicht gezeigt) zunächst ein innerer Lagerring 6 an der zu diesem Zweck in Pfeilrichtung angehobenen Welle 7 angebracht, in dem zwei den inneren Lagerring 6 bildenden Innenringsegmente 8.1, 8.2 um die Welle 7 gelegt und miteinander verbunden werden. Wie 2a weiter zeigt, wird dann ein Außenringsegment 9.1 auf einem Unterteil 10 eines zweiteiligen Lagergehäuses 11 angeordnet, indem das Außenringsegment 9.1 durch den Spalt 12.1 zwischen dem inneren Lagerring 6 und dem Unterteil 10 in seine endgütige, in 2b sichtbare Position auf dem Unterteil 10 eingedreht wird.
Ebenso wie schon im Zusammenhang mit 2a angedeutet, wird dann ein bereits mit Rollen 5 bestücktes und in 1 beschriebenes Käfigsegment 1 durch Eindrehen in Spalt 12.2 zwischen dem inneren Lagerring 6 und dem Außenringsegment 9.1 in seine in 2c gezeigte Position gebracht. Da beim Ausführungsbeispiel gemäß den 2n sowohl der innere Lagerring 6, der äußere Lagerring 13 als auch der Käfig 14 zweiteilig gebildet sind, kann sofort nach Erreichen der Ausbildungsstufe gemäß 2c mit dem Schließen des Wälzlagers begonnen werden. Dazu wird ähnlich der Darstellung gemäß 2b lediglich ein weiteres, den Käfig 14 vervollständigendes Käfigsegment 1 auf dem inneren Lagerring 6 abgesetzt. Letzteres ist in 2c. durch ein oberhalb des inneren Lagerrings 6 noch schwebende Käfigsegment 1 gezeigt. Je nach Ausgestaltung können die beiden Käfigsegmente 1 an ihren Umfangsenden 15.n miteinander verbunden werden oder auch unverbunden bleiben.
Abschließend wird dann zur Vervollständigung des äußeren Lagerrings 13 das Außenringsegment 9.2 auf dem gebildeten Käfig 14 abgesetzt und mit dem bereits im Unterteil 10 des Lagergehäuses 11 angeordneten Außenringsegment 9.1 verbunden.
Wenn der in den 2n gezeigte Montageablauf ein geteiltes Zylinderrollenlager zum Gegenstand hat, können mit diesem Montageablauf auch geteilte Pendelrollenlager gebildet werden.
Um die jeweiligen Käfigsegmente 1, die je nach Anwendungsfall eine beträchtliche Größe und ein beträchtliches Gewicht haben können, zur Vervollständigung eines Käfigs 14 leicht und betriebssicher zu handhaben, weist das eine Bogenlänge B habende Käfigsegment 1 gemäß 1 einen Mittelsteg 16 auf, dessen axial verlaufende Mittelinie im Wesentlichen zu den Umfangsenden 15.1. 15.2 des Käfigsegments einen Umfangsabstand von einer halben Bogenlänge B einhält und dessen Größe gegenüber der Größe der übrigen Stege 3 vergrößert ist. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel zeigt sich die Vergrößerung des Mittelstegs 16 daran, dass die Ausdrehung A in Umfangsrichtung des Käfigsegments 1 größer der Ausdehnung C der übrigen Stege 3 dieses Käfigsegments 1 ist.
Um das jeweilige Käfigsegment 1 für seine Positionierung zu bewegen, ist am Mittelsteg 16 eine Öse 17 vorgesehen. Diese Öse 17, welche lösbar mit dem Mittelsteg 16 verbunden ist, ist mit einem Gewindestift 18 versehen, welcher zu diesem Zweck in eine in den Mittelsteg 16 eingebrachte Bohrung 19 eingreift, deren Bohrungszentrumsache Z so wie in 3 gezeigt im Wesentlichen durch den Schwerpunkt S dieser Käfigsegments 1 verläuft, um ein Verkippen des Käfigsegments 1 beim Positionieren auszuschließen, wenn das jeweilige Käfigsegment 1 zu seiner Bewegung und Montage von einem durch die Öse 17 geführten Seil 24 eines Krans (nicht gezeigt) hängt.
Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Ertüchtigung des Mittelstegs 16 nicht auf die Vergrößerung seiner Ausdehnung A in Umgangsrichtung des Käfigsegments 1 beschränkt ist. Mit Rücksicht auf die Lasten, die der Mittelsteg 16 auszuhalten hat, wenn das Käfigsegment 1 -so wie in 2c gezeigt - nur an der Öse 17 befestigt über seinem Einbauort schwebt, kann der Mittelsteg 16 gegenüber den übrigen Stegen 3 auch eine vergrößerte Dicke in Radialrichtung haben.
Die Darstellung eines Käfigsegments 1 gemäß 4 unterscheidet sich von der Darstellung gemäß 3 allein dadurch, dass anstelle der Öse 17 nunmehr eine Stange 20 in die Bohrung 19 eingesetzt ist. Wird nämlich beim Aufsetzen des Käfigsegments 1 auf den inneren Lagerring 6 gemäß 2b die allein als Bewegungsvorrichtung in der Form eines bloßen Hebemittels wirkende Öse 17 gegen eine Stange 20 ausgetauscht, lässt sich das Käfigsegment 1 durch an die Stange 20 angreifende Kräfte F sehr einfach zwischen innerem Lagerring 6 und Außenringsegment 9.1 positionieren.
In 5 ist eine Bewegungsvorrichtung gezeigt ist, welche die Funktion von Öse 17 und Stange 20 vereinigt und einen Wechsel von Öse 17 und Stange 20 überflüssig macht. Dazu ist eine Öse 17 am nicht mit dem Mittelsteg 16 verbundenen Ende der Stange 20 angebracht.
Um die Schmierung zu verbessern, ist das mit Blick auf 1 axial hintere Seitenstück 2 im Bereich des Mittelstegs 16 mit einer nach radial innen gerichteten Absenkung 21 seines äußeren Umfangsrandes 22 versehen.
Außerdem ist 3 entnehmbar, dass die bei 3 und 9 Uhr liegenden Endstege 23 gegenüber den daran in Richtung des Mittelstegs 16 anschließenden Stege 3 in Umfangsrichtung vergrößert sein können. Diese Vergrößerung der Endstege 23 kann zur gegenseitigen Verbindung von Käfigsegmenten 1 -mit nicht gezeigten Verbindungsmitteln- dienen oder bei unverbundenen Käfigsegmenten gegenseitige Stöße auffangen und einem damit verbundenen Klemmen von den Endstegen 23 unmittelbar benachbarten Rollen 5 vorbeugen. Auch können die Endstege 23 zur Aufnahme von optionalen und daher nur gestrichelt gezeigten Ösen 17 verwendet werden, um damit wie in 2a gezeigt Käfigsegmente 1 in den Spalt 12.2 einzudrehen.
Bezugszeichenliste

1: Käfigsegment
2: Seitenteil
3: Stege
4: Tasche
5: Rollen
6: innerer Lagerring
7: Welle
8.1, 8.2: Innenringsegment
9.1, 9.1: Außenringsegment
10: Unterteil
11: Lagergehäuse
12.1, 12.2: Spalt
13: äußerer Lagerring
14: Käfig
15.1, 15.2, 15.n: Umfangsende
16: Mittelsteg
17: Öse
18: Gewindestift
19: Bohrung
20: Stange
21: Absenkung
22: Umfangsrand
23: Endsteg
24: Seil

Claims

Käfig eines Wälzlagers, gebildet aus wenigstens zwei Käfigsegmenten 1, wobei jedes Käfigsegment 1 aus zwei in axialem Abstand zueinander angeordneten Seitenstücken 2 und aus die Seitenstücke 2 in axialer Richtung verbindenden, einen gegenseitigen Abstand in Umfangsrichtung einhaltenden Stegen 3; 16, 23 gebildet ist, mit einem Mittelsteg 16, der von einer Bohrung 19 durchdrungen ist, die ausgelegt ist, eine nach radial außen gerichtete Bewegungsvorrichtung 17, 20 lösbar aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Käfigsegment 1 einen Kreisbogen der Bogenlänge B beschreibt, dass ein Mittelsteg 16 vorgesehen ist, der zu den Umfangsenden des jeweiligen Käfigsegments 1 einen Abstand von einer halben Bogenlänge B einhält, dass der Mittelsteg 16 von einer Bohrung 19 durchdrungen ist, deren Zentrumsachse Z im Wesentlichen durch den Schwerpunkt S des Käfigsegments 1 verläuft und dass jedes Käfigsegment 1 zwei Endstege 23 aufweist, die dieses Käfigsegment 1 in Umfangsrichtung abschließen und dass der Mittelsteg 16 und/oder die Endstege 23 jedes Käfigsegments 1 zumindest in Umfangsrichtung eine größere Ausdehnung A haben als die übrigen Stege 3 dieses Käfigsegments 1.
Käfig nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung eine Öse 17 ist.
Käfig nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsvorrichtung ein Montierhebel 20 ist.
Käfig nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Montierhebel 20 eine Öse 17 umfasst.
Käfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Seitenstücke 2 gegenüber dem Mittelsteg 16 eine nach radial innen gerichtete Absenkung 21 seines äußeren Umfangsrandes 22 aufweist.
Käfig nach einem Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die den Käfig 14 bildenden Käfigsemente 1 an ihren Endstegen 23 miteinander verbunden sind.
Pendelrollenlager oder Zylinderrollenlager umfassend einen Käfig entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 6.
Montageverfahren für einen geteilten Käfig 16 eines geteilten Wälzlagers dadurch gekennzeichnet, dass ein geteilter Käfig mit Käfigsegmenten 1 entsprechend einem der Ansprüche 1-6 bereitgestellt wird, wobei Bewegungsvorrichtungen 17, 20 gemäß Anspruch 2 oder 4 in die jeweiligen Bohrungen 19 des jeweiligen Käfigsegments 1 so eingebracht werden, dass diese bezogen auf ein Käfigsegment 1 des geteilten Käfigs nach radial außen herausschauen, dass mindestens ein Käfigsegment 1 des geteilten Käfigs mittels einer an der Bewegungsvorrichtung 17 angreifenden Hebevorrichtung 24 angehoben, auf dem inneren Lagerring 6 des Wälzlagers abgesetzt und dann mittels von in Umfangsrichtung an den Bewegungsvorrichtungen 20 gemäß Anspruch 3 oder 4 wirkenden Kräften K in den radialen Abstand Sp 2 zwischen äußerer Lagerschale 9.1 und innerem Lagerring 6 reingedreht wird, und dass das letzte, den Käfig vervollständigende Käfigsegment 1 lediglich von einer an der Bewegungsvorrichtung 17 gemäß Anspruch 2 oder 4 angreifenden Hebevorrichtung 24 auf dem inneren Lagerring 6 abgesetzt wird.