WO2013041459A1 - Verfahren zur verformungssicherung von lagerringelementen - Google Patents

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WO2013041459A1
WO2013041459A1 PCT/EP2012/068082 EP2012068082W WO2013041459A1 WO 2013041459 A1 WO2013041459 A1 WO 2013041459A1 EP 2012068082 W EP2012068082 W EP 2012068082W WO 2013041459 A1 WO2013041459 A1 WO 2013041459A1
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WO
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bearing ring
ring elements
receiving space
expansion material
activatable
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PCT/EP2012/068082
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Wolfgang GLÄNTZ
Ingo Schulz
Florian Wohlfeil
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Aktiebolaget Skf
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    • F16C2300/02—General use or purpose, i.e. no use, purpose, special adaptation or modification indicated or a wide variety of uses mentioned

Definitions

  • the present invention relates to a concept for securing deformation of bearing ring elements, in particular of bearing ring halves, a split bearing ring.
  • split bearings include both undivided and split bearings.
  • Split bearings such as split cylindrical roller bearings, are primarily used for bearings in hard-to-reach places or cranked shafts. But their use is also advantageous wherever undivided bearings require expensive and time-consuming additional work during maintenance or replacement and would cause long and expensive or unacceptable machine downtimes.
  • Split bearings have axially split bearing rings that can be distinguished into axially split inner and outer bearing rings, and may also be referred to as axially split races. In axially frictionally connected and split bearing inner rings (O-arrangement) or bearing outer rings (X-arrangement) of double row tapered roller bearings, d. H.
  • split tapered roller bearings are often delivered as a preassembled package or a preassembled unit.
  • the split tapered roller bearing is not yet in its final geometry.
  • This axial gap is thus one of the essential elements for the radial preload and thus the optimal functioning of the bearing and should therefore be as accurate as possible.
  • the concern of the two rings, ie the closing of the gap must therefore be as accurate as possible. All elements that enter or are additionally introduced into the gap are detrimental to the function of the bearing.
  • the gap is closed during final assembly by the user of the split tapered roller bearing.
  • the bearing is moved / rotated while the screws are being pulled in, so that the two bearing inner and outer ring halves self-center and find their optimum position for the function (screwing in). Because of this self-centering, it may be that the two bearing inner and outer bearing ring halves are not absolutely congruent or aligned, but that their axes of rotation are offset in the radial direction by a few ⁇ .
  • bearing ring elements or halves have hitherto been used, for example, by means of very high tightening torques. existing coatings or by applying liquid adhesives axially bonded together.
  • an adhesive is introduced directly between the bearing ring halves during assembly.
  • Such methods have, for example, the disadvantage that the introduction of an adhesive into assembly lines is difficult or process reliability - in particular with regard to a quantity of adhesive to be supplied and with regard to the cleanliness of the joining partners - depends on the circumstances during assembly or on the respective assembly partner.
  • the present invention is therefore based on the object of providing an improved concept for securing the deformation of bearing ring elements, in particular of bearing ring halves, of axially divided bearing rings.
  • a realization of the present invention is that the object can be achieved by additionally forming and / or additionally subsequently positively-coupling (eg by means of a screw connection) two axially divided bearing ring elements, in particular two bearing ring halves, the axially divided bearing ring elements cohesively be connected by means of a provided in a designated receiving space of a bearing ring element activatable expansion material.
  • "in hindsight" in terms of time after an introduction or introduction of the activatable expansion material into the receiving space means at least one of the bearing ring elements, after a joining of the bearing ring elements and after activation of the expansion material.
  • Exemplary embodiments for this purpose provide a method for preassembling two bearing ring elements of a bearing ring divided in an axis-normal parting plane.
  • a receiving space for later expansion material activatable eg during a final assembly
  • the activatable expansion material is introduced into the receiving space before the two bearing ring elements are pre-assembled by establishing a frictional coupling of the bearing ring elements such that between the two preassembled bearing ring elements a small axial gap remains, which can be closed during a final assembly.
  • the bearing ring elements are bearing ring halves of an axially divided rolling bearing, wherein the surfaces of the opposite end faces of the bearing ring halves lie in the parting plane.
  • the end face of an axial bearing ring half e.g. a bearing inner ring half or a bearing outer ring half, is annular.
  • the receiving space can thus be introduced into at least one of the bearing ring halves by forming at least one (flat) groove running in the annular end face.
  • the groove may have an axial extent (i.e., in the direction of the bearing ring rotation axis) of, for example, 0.1% to 10% of the axial extent of the bearing ring half into which the groove for the activatable adhesive material is formed.
  • the two bearing ring elements When preassembling the two bearing ring elements, the two bearing ring elements can be screwed together, for example in such a flange, so that between their axially opposite end faces of the axial gap with an axial extent of 10 ⁇ up to 1 mm, for example, about 200 ⁇ remains.
  • This gap which can scatter very strongly, can then be closed during later final assembly, which can take place, for example, in the case of the user of the split rolling bearing.
  • a flat groove can be introduced in one of the bearing ring halves on its front side before or during pre-assembly, which is filled with an expansion material (such as an expansion adhesive) which can be activated by (outside).
  • an expansion material such as an expansion adhesive
  • the activatable expansion adhesive in a pasty state or in the form of a roll-off adhesive tape in the groove, ie the receiving space, are introduced.
  • the activatable expansion adhesive After the activatable expansion adhesive has been introduced into the receiving space, it can be precured, so that under ambient conditions (eg at a temperature of -10 ° C. to + 60 ° C.) in the preassembled state of the bearing ring elements, a firm consistency does not yet exist has adhesive properties.
  • the bearing ring elements may be, for example, a screwed flange-like connection of the two bearing ring elements.
  • the bearing ring elements can thus be provided in the axial direction with holes through and into which can be performed for mounting the two bearing ring elements in the axial direction fixing screws.
  • other connections for pre-assembly of the two bearing ring elements or halves are conceivable, such. by means of bolts or pins.
  • the pre-assembly of the bearing ring elements i. the molding of the receiving space, the introduction of the activatable expansion material and the frictional coupling of the two bearing ring elements, for example, take place at a bearing or bearing ring manufacturer.
  • Exemplary embodiments likewise include a method for the final assembly of two bearing ring elements preassembled by means of force-locking coupling of a bearing ring divided in an axially normal parting plane, wherein at least a first of the bearing ring elements in the parting plane has an end face with a receiving space filled with an activatable expansion material, and a narrow axial gap is provided between the two preassembled bearing ring elements.
  • the end faces of the pre-assembled bearing ring elements are initially aligned relative to each other in a desired relative position, for. B. in the axial direction. Thereafter, the aligned bearing ring elements are additionally connected positively and / or cohesively by activating the activatable expansion material in the receiving space in addition to their force during the pre-assembly coupling.
  • the two bearing ring elements or halves are thus first joined according to embodiments as usual and then non-positively connected to each other, for example by means of a screw connection.
  • the activatable expansion material is activated and thus expanded in terms of volumetric expansion. introduced. It then grows in volume, fills the receiving space or the groove more or less completely and forms in a contact zone of the two joining partners, ie the bearing ring elements, according to some embodiments of an adhesion.
  • the gap is closed and made in addition a cohesive connection between the two bearing ring elements or halves.
  • a flat groove in each case a flat groove can be introduced in both bearing ring elements at their end faces.
  • adhesive material e.g., adhesive, polymer, metal foam, or the like
  • adhesive may be precured so that it has a solid consistency but no adhesive properties under ambient conditions (room temperature).
  • Polymers or metal foams can be incorporated in such a way that they are easy to handle.
  • a receiving space for the activatable expansion material can be introduced during pre-assembly in both lying in the parting plane end faces of both bearing ring elements, but only in one of the two receiving spaces the activatable material is introduced.
  • the two bearing ring elements or halves are also joined here as usual and then connected to one another in a force-locking manner during pre-assembly (for example by means of screwing).
  • the activatable and not necessarily adhesive expansion material can be activated during the subsequent final assembly of the bearing ring elements and thus brought to the expansion. Then it grows in volume, fills both the recess into which it was introduced, as well as the opposite recess or groove more or less completely.
  • the activated and subsequently expanded (and possibly additionally adhesive) material forms a third element (blocking element), which connects the two bearing ring elements in the radial direction even after its expansion in the recesses in a form-fitting manner.
  • a shallow groove can be introduced in both bearing ring elements at their end faces.
  • one of these grooves becomes one of externally activatable and then expanding material filled.
  • a blocking element can now be inserted into the receiving space or the groove with the expanding material.
  • the blocking element may, for example, be a continuous or segmented ring whose diameter and thickness are adapted to the annular groove geometries.
  • the two bearing ring halves are again joined during pre-assembly, as usual, and then connected non-positively with each other.
  • the activatable and adhesive according to some embodiments material is activated and thus brought to expansion. Then it grows in volume and fills the groove or recess into which it was introduced more or less completely.
  • the blocking element is pressed by the expanding material from one groove into the other, opposite groove. This locking element is preferably higher than the opposite groove is deep, so that the locking element, when it comes to rest in the opposite groove, also protrudes into its original groove into which it was given.
  • the blocking element has a greater axial extent as the receiving space not filled with the activatable adhesive material.
  • the blocking element may, according to some embodiments, also be designed so that it is deformed by the expanding material in the receiving space, which may also be an explosive, and is pressed into the opposite groove.
  • the locking element form a radial, positive connection between the two bearing ring halves.
  • the volume enlargement of the activatable material can be achieved after its activation by physically or chemically acting (mixed with the material) propellant.
  • the activation of the material can be done, for example, by supplying heat energy, induction, or ultrasound or the like.
  • Possible materials for realizing the given requirements are hot melt adhesives (hotmelts), which can be activated by increasing the temperature. It can be provided contact adhesives, which can be activated by evaporation of the solvent (most easily by temperature).
  • Anaerobic curing adhesives which can be activated by air exclusion, metal ions and possibly temperature introduction are also suitable activatable adhesive materials.
  • expanding polymers for example polyurethanes, etc.
  • expanding metal foams for example aluminum or magnesium, with suitable blowing agents
  • the activatable material is indeed introduced during the pre-assembly of the bearing ring elements in the space provided for this, but it is not yet functional or adhesive before its activation. Basically, the pre-assembled bearing ring elements or the resulting bearing are already functional, even if they are not yet 100% efficient. After the final assembly of the bearing ring elements or the bearing, z. B.
  • the activatable material is activated. If, for example, this is an activatable adhesive, it can be brought into a viscous state of aggregation so that it can wet the joining partners and then cure. In this way, the frictional connection of the screw / flange connection of the pre-assembly can be supplemented by a bonding of the bond. Since the adhesive surfaces are in the region of the groove, the joining surfaces of the non-positive connection are in no way influenced by the adhesive. If the hardened adhesive fills two axially opposite grooves, the frictional connection of the screw / flange connection is even supplemented by positive locking of the bond. The same applies to an expanding polymer, an expanding metal foam and / or an additional blocking element.
  • the activatable material Due to the fact that the activatable material is concealed in the recess provided during the final assembly, it has no (negative) influence on the two axially opposite end faces or joining surfaces of the bearing ring elements.
  • the axial gap between see the bearing ring elements, which determines the functionality is not affected by the present in the recess activatable material.
  • Embodiments can solve the contradiction that the two axially opposite end or joining surfaces of the bearing ring elements are to be glued together, but this bonding normally deteriorates the connection / function of the bearing ring elements, since it Gap is increased in a relatively unpredictable manner (according to TRIZ eg separation into space / location and time / process sequence).
  • the necessary bearing position is not affected by the additional adhesive connection, especially with regard to a separating or spacing-increasing effect in the parting line or the gap.
  • an activatable adhesive After an activatable adhesive has been introduced into the recess provided for this purpose, it is precured so that it has a dry, non-adhesive state. As a result, the handling of the pre-assembled bearing rings is very simplified.
  • the activatable adhesive or material is activated externally, then expands and, as a result of the expansion, fills the receiving or hollow spaces in the faces of the joining partners.
  • the activatable material may be prefabricated (eg in the form of bands, etc.). This can additionally simplify the application of the material.
  • a stable composite for example of bearing ring halves divided inner and / or outer bearing rings of rolling bearings can be produced in a cost effective manner.
  • a bond according to the invention may additionally have a certain sealing function, so that no media can penetrate through the joining or fitting surfaces between the bearing or raceway components.
  • 1a is a sectional view of a split rolling bearing in O arrangement with a split bearing inner ring and provided therein for an activatable adhesive expansion material receiving space, according to an embodiment of the present invention
  • Figure lb is a sectional view of a split roller bearing in an X-arrangement with a split bearing outer ring and a receiving space provided therein for an activatable adhesive expansion material, according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a sectional view of a split rolling bearing in O arrangement with a pre and finally mounted split bearing inner ring, according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a sectional view of a split rolling bearing in O arrangement with a pre and finally mounted split bearing inner ring, according to another embodiment of the present invention
  • various sectional views of a split rolling bearing in O arrangement in various mounting states according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1a and 1b show examples of axially split rolling bearings 10, 20, for the assembly of which methods according to embodiments of the present invention can be used.
  • Fig. La shows a sectional view of a split-shaped roller bearing 10 in O arrangement.
  • the split rolling bearing 10 has an axially divided inner ring 11 with two bearing inner ring members or halves 11-1, 11-2.
  • rolling elements 12 may equally well be provided as rolling elements 12 , Radially outward, the two rows of rolling elements 12 are guided by an undivided bearing outer ring 13.
  • Both the two bearing inner ring halves 11-1, 11-2, as well as the undivided Bearing outer ring 13 have in the axial direction, ie in the direction of the bearing rotation axis 14, extending bores 15 through which fastening or coupling means can be performed to one hand, the two bearing inner ring halves 11-1, 11-2 positively coupled with each other, as well as to For example, the entire bearing assembly 10 to be attached to a bearing housing or a storage (not shown).
  • Fig. Lb shows an axially split roller bearing 20 in an X arrangement.
  • an axis of rotation of the rolling elements 12 extends such that axially inner end faces of the rolling elements 12 in the radial direction are further outward than their axially outwardly facing end faces.
  • the bearing inner ring 11 is designed to be undivided in the case of the X arrangement of FIG. 1 b, whereas the bearing outer ring 13 has two axially divided bearing outer ring elements or halves 13 - 1, 13 - 2.
  • 1 a and 1 b each have two bearing ring elements 11 - 1, 11 - 2 and 13 - 1, 13 - 2 of a bearing ring 11 (bearing inner ring) or 13 (bearing outer ring) divided into a rotation axis normal separating plane 16.
  • Embodiments of the present invention provide that during a Vormon- day process, a receiving space 17 for an activatable expanding and possibly adhesive material (expansion material) 18 in a lying in the parting plane 16 end of at least one of the bearing ring elements 11-1, 11-2 or 13-1, 13-2 is formed.
  • retaining chambers 17 are formed by way of example in the end faces of the bearing ring halves 1 1-1 and 13-1.
  • the receiving space or a recess 17 can be formed, for example, as an annular circumferential groove in the bearing ring element 11-1 or 13-1, as shown in the sectional views of Fig. La and lb is shown as an example.
  • the activatable expansion material 18 is introduced into the receiving space 17 provided for this purpose.
  • An expansion adhesive can be introduced into the receiving space 17, for example, in a pasty state or in the form of a rollable adhesive tape. In this case, the expansion material 18 is not yet activated, that is not yet expanded and / or adhesive.
  • the activatable material 18 may be precured so that it can be used under ambient conditions, e.g. For example, in a temperature range of -20 to 60 ° C, in the pre-assembled state of the bearing ring elements or halves 1 1-1, 11-2 and 13-1, 13-2, for example, still no expanding and / or adhesive, i. adhesive properties.
  • the activatable adhesive material 18 may be an activatable expansion adhesive that is introduced into the receiving space 17 in a pasty state or in the form of a rollable adhesive tape during pre-assembly.
  • the two bearing ring elements 11-1, 11-2 and 13-1, 13- 2 can be pre-assembled by producing a non-positive coupling of the bearing ring elements, wherein between the a pre-assembled bearing ring elements 1 1-1, 11-2 and 13-1, 13-2 a small axial gap remains (in the Fig. La and lb not explicitly shown), which during a later final assembly of the split rolling bearing 10 and 20 can be closed.
  • the non-positive axial coupling of the two bearing ring elements 11-1, 11-2 or 13-1, 13-2 can take place, for example, by means of a frictional screw connection through the axially extending bores 15 provided for this purpose.
  • the entire pre-assembly of the bearing ring elements 11-1, 11-2 or 13-1, 13-2 or the resulting rolling bearing 10 or 20 can be done for example by a bearing manufacturer.
  • the thus pre-assembled bearings, in which the expansion material 18 located in the recess 17 is still in a deactivated, ie not expanded and non-adhesive state, can then be transported in this pre-assembled form by the bearing manufacturer to a location of the bearing 10 or 20 where a final assembly of the warehouse can then take place. 2
  • a method for a final assembly of two by means of a force-locking axial coupling pre-assembled bearing ring elements of a split in a rotational axis normal parting plane bearing ring 10 will be described below.
  • a first bearing ring element 11 - 1 of the preassembled bearing ring elements in the parting plane has an end face with a first receiving space 17 - 1 filled with the activatable material 18.
  • a small axial gap (not explicitly shown in FIG. 2) in a range of 10 ⁇ m to 1 mm, for example approximately 200 ⁇ m, is provided.
  • the mutually facing end sides of the preassembled bearing ring elements 11-1, 11-2 are brought into a desired relative or joining position to each other, preferably in the axial direction (a radial relative position was already set during pre-assembly). This can be done for example by tightening and / or loosening or loosening set during pre-assembly screw connections through the holes 15. Additionally or alternatively, the bearing ring halves 1 1-1, 11-2 can also be radially aligned again to each other until they have the desired relative position to each other.
  • the activatable material 18 located in the receiving space 17 is activated, whereupon, in terms of volume, it is removed from the receiving space 17-1 or from the corresponding Face expands out.
  • a receiving space for the expansion material 18 may be provided in only one of the two bearing ring elements 1 1-1, 11-2, some embodiments also provide in the second bearing ring element 11-2, a second receiving space 17-2, with the first receiving space 17-1 cooperates in such a way that, after the activation of the activatable material 18, it expands axially from the first receiving space 17-1 into the second receiving space 17-2. That is, in some embodiments, in both lying in the parting plane 16 end faces of the two bearing ring elements 1 1-1, 11-2 each have a receiving space 17-1 and 17-2 formed for the activatable material 18, wherein during the pre-assembly only in one the two receiving spaces 17-1 or 17-2, the activatable material 18 is introduced.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment in which during the pre-assembly (see FIG. 3, left), in addition to the activatable material 18, a blocking element 31 is inserted into the receiving space 17-1 of a first bearing ring element 11-1.
  • the blocking element 31 may be, for example, a continuous ring or a segmented ring.
  • the two bearing ring elements 11-1, 11-2 are joined as usual and frictionally connected to one another, for example by means of a screw connection through the bores 15.
  • the material 18 located in the receiving space 17-1 is activated during the final assembly (see FIG. 3, right) and thus brought to expansion. Then it grows in volume and fills the recess 17-1, in which he was introduced more or less completely.
  • the blocking element 31 is pressed by the expanding material 18 from the first recess 17-1 into a corresponding second recess 17-2 of the second bearing ring element 11-2.
  • An axial extension of the locking element 31 is greater than the second recess 17-2 is deep, so that the locking element 31, when it comes to rest in the second recess 17-2, axially projects into the first recess 17-1.
  • a positive connection in the radial direction is additionally formed by the blocking element 31.
  • the blocking element 31 may also be designed such that it is at least partially deformed by the expanding material 18, which may also be an explosive, and thus pressed into the opposite, corresponding recess 17-2.
  • the lock le- ment 31 has a greater axial extent than the non-filled with the activatable adhesive material second receiving space.
  • bearing rings 13 and bearing ring halves 11 - 1, 11 - 2 of a bearing ring 1 1 divided into an axis-normal separating plane 16 are preassembled into a double-row roller bearing 10, for example at one bearing manufacturer.
  • an annular recess 17 for an activatable expansion material 18 is formed in an end face of the bearing ring half 11-1 lying in the parting plane. In this indentation 17, the activatable material 18 is then attached in not activated state.
  • the two bearing ring elements 11-1, 11-2 can still be preassembled by producing a frictional coupling at the bearing manufacturer, wherein between the two preassembled or axially coupled bearing ring elements 11-1, 11-2 initially an axial gap 41 remains with an axial extent of in a range of 10 ⁇ to 200 ⁇ , which can be closed during the later success final assembly.
  • the preassembled roller bearing 10 (eg a double-row tapered roller bearing) is then transported as a package or a unit to its place of use, but is not yet in its final geometry (see Fig. 4, center). Between the two inner ring halves 11-1, 11-2 (or outer ring halves in otherplainsbeispie- len) is the axial gap 41. Only when this gap 41 is closed, the radial bias of the rolling bearing 10 is made and thus the bearing is functional.
  • the pre-assembled bearing 10 can then, as already described, be aligned by axial (and possibly also radial) alignment of the opposite end sides of the preassembled bearing ring elements 11-1, 11-2 to one another in a desired relative position and subsequent additional material. and / or positively connecting the aligned bearing ring elements 11-1, 11-2 by activating the expansion material 18 in the receiving space 17 are finally assembled (see Fig. 4, right).
  • the end face of the first bearing ring element 11-1 provided with the receiving space 17 is brought into coincidence with its facing end side of the second bearing ring element 1-2 to join the first and second bearing ring elements in their parting plane 16 to form a split bearing ring 11 ,
  • the receiving spaces 17-1, 17-2 or their openings formed in the end surfaces are brought into line.
  • the activatable material 18 Upon activation of the activatable material 18, its expansion property can be activated, so that the activated material in the at least one receiving space 17 expands in terms of volume, so that, for example, an activatable adhesive material 18, an adhesive bond of the first bearing ring element 11-1 with the second bearing ring element 11-2 is effected in the axis normal separating plane 16.
  • An activatable material 18 may be an adhesive which has a solid consistency at typical ambient temperatures (e.g., between 0 ° C and 50 ° C). The adhesive 18 thus has not only a solid consistency at typical ambient temperatures, it also has no adhesive property.
  • hotmelt adhesives also referred to as "hotmelts”
  • hotmelts which are solid at room temperature and can be processed by melting, ie they develop their adhesive action when heated, ie they are activated by temperature
  • Adhesive melt then enters the adhesive bond, and immediately after cooling and solidification of the adhesive, the bond is strong, which advantageously allows for rapid assembly.
  • Contact adhesives can also be used.
  • anaerobic curing adhesives can be used. These adhesives are used as a one-component system.
  • the monomers of (modified) acrylic acid esters cure according to a radical chain mechanism similar to the methyl methacrylates. What is special about this is that the hardening reaction starts only with the exclusion of oxygen, ie anaerobically, and in the presence of metal ions, when the adhesive is sealed off from the ambient air in a tight metallic joint. Only metallic materials can be glued to it, which is advantageous for the present invention, since free metal ions are required as reactants for the curing.
  • UV curing adhesives are preferred adhesives. These adhesives, which are used as one-component systems, solidify by radical polymerization into solid polymers, wherein the formation of the starting radicals is caused by irradiation with UV light (or other radiation sources, such as electrons). The wavelength of the UV light must be exactly matched to the adhesive system used. The curing takes place by irradiation with UV light.
  • UV acrylates are known. In the liquid state, a radically crosslinking UV adhesive consists predominantly of monomers and photoinitiators. In this condition, the adhesive can be easily dosed. The action of UV radiation splits the photoinitiators into free radicals.
  • the UV adhesive When cured, the UV adhesive consists of crosslinked polymer chains.
  • cationic epoxies epoxy resin adhesives
  • the cationic curing adhesive systems can continue to cure in the dark after sufficient activation with UV radiation.
  • Cationic epoxies can also be used for applications with a UV-transparent component as well as for applications in non-UV-transparent materials. For the latter, the adhesive must be activated after dosing, but before joining with UV radiation. After activation, the adhesive has a limited open time in which to add the components.
  • the adhesive preferably contains a physically or chemically acting propellant which is activated upon activation of the adhesive itself and which increases the volume of the adhesive by gas formation or gas expansion.
  • the increase in volume is a physical consequence of the heating of filled with gas or vaporizable liquid hollow microspheres.
  • chemical blowing agents a gas is split off by a chemical reaction, which causes the volume increase of the adhesive. Due to the increase in volume after activation, it is not necessary that an area between the bearing ring halves must be tolerated excessively accurately with each other. Rather, a gap between adhesive and the other bearing ring element or the other bearing ring half may remain, which facilitates the joining of the two components. Due to the increase in volume, the adhesive fills the gap after activation and thereby connects the two parts in a material-locking manner.
  • an adhesive based on polyurethanes, epoxy resins or acrylates may be used.
  • acrylate includes substituted acrylates such as methacrylate.
  • reactive hot melt adhesives examples include so-called "reactive hot melt adhesives.” These are spreadable in a molten state so that they can be applied in this way into the receiving space 17 in the end face of the bearing ring element without activating the curing mechanism Rather, it requires heating to a higher activation temperature at which a latent hardener is activated for a reactive binder component (for example, a prepolymer having epoxy or isocyanate groups).
  • a reactive binder component for example, a prepolymer having epoxy or isocyanate groups
  • the adhesive may contain a resin component, at least one thermally activatable latent curing agent for the resin component and optionally accelerators, fillers, Thxotropieologisstoff and other conventional additives, wherein the resin component by reaction of a solid at room temperature epoxy resin, a liquid at room temperature epoxy resin and a linear polyoxypropylene having amino end groups.
  • the epoxy resins are used in such an amount, based on the polyoxypropylene with amino end groups, that an excess of epoxide groups, based on the amino groups, is ensured.
  • dicyandiamide is suitable as the latent hardener.
  • epoxy resin structural adhesives can be used.
  • compositions comprising a copolymer having at least one gas transition temperature of -30 ° C or lower and epoxide-reactive groups or a reaction product of this copolymer with a polyepoxide, furthermore a reaction product of a polyurethane prepolymer and a polyphenol or aminophenol and finally contain at least one epoxy resin.
  • these compositions thermosetting they additionally contain a latent hardener from the group of dicyandiamide, guanamines, guanidines, aminoguanidines, solid aromatic diamines and / or curing accelerators.
  • they may contain plasticizers, reactive diluents, rheology aids, fillers, wetting agents and / or anti-aging agents and / or stabilizers.
  • a second component B is included, but enclosed in small capsules and therefore separate from the first component A.
  • the capsules of the second component B may e.g. B. of very thin plastic material, which is very sensitive to mechanical forces and / or thermal stress. Accordingly, bursting of the capsules can be accomplished by external mechanical forces or by heating the capsules or their contents. This has the consequence that the two adhesive components A and B mix and react with each other, which is to be understood as the activation of such an adhesive. Bursting of the capsules upon application of heat is promoted by the fact that the component B expands at least slightly when heated.
  • heating of the multi-component adhesive and in particular of the second component B in the capsules can be caused, for example, by means of an induction coil.
  • the resulting heat causes the capsules to burst so that the second component B is released and can mix with the first component A. Consequently, the desired reaction between the two adhesive components A and B (activation) and to a hardening of the adhesive, whereby the two bearing ring halves can be firmly connected together.
  • thermally activatable adhesive systems can be used with or without the blowing agents described above, depending on whether or not to increase the volume of the adhesive during or after the thermal activation.
  • Embodiments of the present invention also include a rolling bearing, which comprises one another by means of the expansion material 18 positively and / or cohesively connected inner and / or outer bearing ring halves.
  • a rolling bearing which comprises one another by means of the expansion material 18 positively and / or cohesively connected inner and / or outer bearing ring halves.
  • further embodiments of course also include a bearing ring 11, 13 for a roller bearing with at least one first Lagerringele- element, wherein the first bearing ring member and a second bearing ring element by an activated in the receiving space 17 of the first bearing ring element expansion material 18 at the end faces of the bearing ring elements to the bearing ring 11, 13 are positively and / or materially connected (by gluing).
  • a shallow groove is introduced at its end face, which can be filled with an externally activatable expansion material (eg expansion adhesive).
  • an adhesive introduction pasty or in the form of a roll-off adhesive tape is precured so that under ambient conditions (eg room temperature) it initially has a solid consistency but still no adhesive properties.
  • the two bearing rings or bearing ring halves are then joined as usual and frictionally connected to each other.
  • the adhesive is activated and thus brought to the volume expansion.
  • the activated adhesive grows in volume, fills the groove or the receiving space more or less completely and forms in a contact zone of the two joining partners adhesion.
  • the volume increase can be achieved by physically or chemically acting (mixed with the adhesive) propellant.
  • the activation of the adhesive can for example, by the application of heat energy, preferably induction, or ultrasound done.
  • Possible adhesives for realizing the given requirements are, for example, hot melt adhesives (hotmelts) whose activation takes place by increasing the temperature.
  • hotmelts hot melt adhesives
  • contact adhesives whose activation takes place by evaporation of the solvent (most easily by temperature).
  • Anaerobic curing adhesives can be activated by exclusion of air, metal ions and possibly temperature application.
  • the adhesive takes place in a dry, non-adhesive state. As a result, handling can be greatly simplified.
  • the adhesive is triggered by external activation and expands by expansion the designated cavities.
  • the adhesive can be prefabricated (eg in the form of tapes, etc.). This simplifies application of the adhesive. Since the adhesive surfaces are in the region of the groove, the joining surfaces (end faces) of the frictional connection are in no way influenced by the adhesive.
  • a necessary bearing position is not affected by the connection, in particular with respect to a separating or distance-increasing effect in the parting line.
  • the bond also provides a certain sealing function, so that no media can penetrate through the mating surfaces between the ring components.

Abstract

Verfahren zur Verformungssicherung von Lagerringelementen Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Vor- und Endmontieren zweier Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) eines in einer achsnormalen Trennebene (16) geteilten Lagerrings (11; 13). Bei der Vormontage wird ein Aufnahmeraum (17) für ein aktivierbares Expansionsmaterial (18) in eine in der Trennebene (16) liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) eingeformt, das aktivierbare Expansionsmaterial (18) in den Aufnahmeraum (17) eingebracht, und eine kraftschlüssige Kopplung der Lagerringelemente hergestellt, wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen ein axialer Spalt (41) verbleibt, der während einer Endmontage geschlossen werden kann. Bei der Endmontage werden die Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) in eine gewünschte Relativposition relativ zueinander ausgerichtet, und eine zusätzliche form- und/oder stoffschlüssige Verbindung der ausgerichteten Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) durch Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in dem Aufnahmeraum (17; 17-1; 17-2) hergestellt.

Description

B e s c h r e i b u n g
VERFAHREN ZUR VERFORMUNSSICHERUNG VON LAGERRINGELEMENTEN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konzept zur Verformungssicherung von Lagerringelementen, insbesondere von Lagerringhälften, eines geteilten Lagerrings.
Bekannte Wälzlager umfassen sowohl ungeteilte als auch geteilte Wälzlager. Geteilte Wälzlager, wie beispielsweise geteilte Zylinderrollenlager, werden in erster Linie für Lage- rungen an schwer zugänglichen Stellen oder von gekröpften Wellen verwendet. Ihr Einsatz ist aber auch überall dort von Vorteil, wo ungeteilte Lager bei Wartung oder Austausch aufwendige und zeitraubende Zusatzarbeiten erforderlich machen und lange wie auch teure bzw. unzulässige Maschinenstillstandzeiten verursachen würden. Geteilte Wälzlager weisen axial geteilte Lagerringe auf, die sich in axial geteilte Innenlager- und Außenlagerringe unterscheiden lassen, und auch als axial geteilte Laufringe bezeichnet werden können. Bei axial kraftschlüssig verbundenen und geteilten Lagerinnenringen (O-Anordnung) oder Lageraußenringen (X-Anordnung) von zweireihigen Kegelrollenlagern, d. h. von der Funktion her einer Flanschverbindung, kann es bei hohen äußeren Radialkräften (z. B. Querkräfte, Biegemomente) und/oder hohen zu übertragenden Drehmomenten zu lokalen oder globalen Verschiebungen zwischen den axial geteilten Lagerringen kommen. Dieses Phänomen wird als„Cone Shifting" bezeichnet und kann u. U. zu einem Versagen einer kraftschlüssigen Verbindung der geteilten Lagerringhälften oder zu Effekten, wie z. B. Passungsrost führen.
Beim sogenannten„Macro Cone Shifting" versagt die komplette Flanschverbindung der geteilten Lagerringhälften. Es kommt zu einem radialen Rutschen der beiden Flanschober- flächen gegeneinander. Dies kann darüber hinaus zu einem Abscheren der für die Flanschverbindung verwendeten Schrauben oder Bolzen führen.
Beim sogenannten„Micro Cone Shifting" verschieben sich die Oberflächen der beiden Flansche nur in begrenzten, lokalen Gebieten gegeneinander, z. B. indem eine der Lagerringhälften radial ausbeult. Dies führt nicht zu einem unmittelbaren Versagen der Flanschverbindung, kann aber Passungsrost und ähnliche Effekt auslösen, die in der Folge zu einem Versagen der Flanschverbindung oder einem Bruch der Flansche selbst führen können.
Geteilte Kegelrollenlager werden häufig als ein vormontiertes Paket bzw. eine vormontierte Einheit ausgeliefert. Dabei befindet sich das geteilte Kegelrollenlager allerdings noch nicht in seiner Endgeometrie. Zwischen den beiden Lagerinnen- oder auch Lageraußenringen befindet sich ein Spalt mit einer axialen Erstreckung von beispielsweise ca. 100 μιη. Erst wenn dieser axiale Spalt geschlossen ist, ist die radiale Vorspannung des Lagers hergestellt und das Lager funktionsfähig. Dieser axiale Spalt ist also eines der wesentlichen Elemente für die radiale Vorspannung und damit die optimale Funktionsfähigkeit des Lagers und sollte daher so genau wie möglich sein. Das Anliegen der beiden Ringe, also das Schließen des Spalts, muss so daher genau/exakt wie möglich sein. Sämtliche Elemente, die zusätzlich in den Spalt gelangen oder eingebracht werden, sind schädlich für die Funktion des Lagers. Der Spalt wird während einer Endmontage beim Nutzer des geteilten Kegelrollenlagers geschlossen.
Während der Vormontage des geteilten Lagers beim Hersteller wird das Lager beim Vor- ziehen der Schrauben bewegt/gedreht, damit sich die beiden Lagerinnen- bzw. Lageraußenringhälften selbstzentrieren und ihre für die Funktion optimale Position finden (Eindrehen). Aufgrund dieser Selbstzentrierung kann es sein, dass die beiden Lagerinnen- bzw. Lageraußenringhälften nicht absolut deckungsgleich sind bzw. fluchten, sondern dass ihre Rotationsachsen in radialer Richtung um wenige μιη versetzt sind.
Um bei hohen Lebensdaueranforderungen an die geteilten Wälzlager, beispielsweise in Windkraftanlagen, derartige lokale oder globale Verschiebungsgrößen zu verhindern, oder zumindest auf einen unkritischen Wert zu reduzieren, wurden Lagerringelemente bzw. - hälften bislang beispielsweise mittels sehr hoher Schraubenanzugsmomente, reibwerterhö- henden Beschichtungen oder durch Auftrag flüssiger Klebstoffe axial miteinander verbunden.
Beim Einsatz von Schraub Verbindungen mit hohen Schraubenanzugsmomenten kann durch ein zu hoch gewähltes Anzugsmoment beispielsweise eine Verformung wenigstens einer der Lagerringhälften auftreten, was wiederum zu einem ungünstigen Laufverhalten und zu Verspannungen der Laufringe führen kann.
Der Einsatz von reibwerterhöhenden Beschichtungen auf Stirnflächen geteilter Lauf- bzw. Lagerringe verlangt zusätzliche, aufwändige Prozessschritte beim Herstellen der Lagerringe und wirkt sich damit negativ auf damit zusammenhängende Prozess- bzw. Herstellungskosten aus.
Beim herkömmlichen Auftragen flüssiger Klebstoffe wird ein Klebstoff unmittelbar bei der Montage zwischen die Lagerringhälften eingebracht. Solche Verfahren haben beispielsweise den Nachteil, dass sich das Einbringen eines Klebstoffs in Montagelinien schwierig gestaltet bzw. eine Prozesssicherheit - insbesondere hinsichtlich einer Menge an zuzuführenden Klebstoff und hinsichtlich der Sauberkeit der Fügepartner - von den Gegebenheiten bei der Montage bzw. vom jeweiligen Montagepartner abhängt.
Die beiden letztgenannten Varianten haben zudem den Nachteil, dass sie die Varianz/Toleranz der Vorspannung, die sich durch den zu schließenden Spalt zwischen den Lagerringhälften ergibt, erhöht. Damit wird die für die Funktion des axial geteilten Lagers wichtige Vorspannung zu einer sehr weit streuenden bzw.„unberechenbaren" Größe.
Die Verwendung von Passschrauben oder zusätzlichen Passbolzen/-stiften stellt eine sehr teure Lösung dar, die insbesondere hinsichtlich des„Micro Cone Shifting" ihre Grenzen hat. Um für das„Macro Cone Shifting" wirksam zu sein, müssen relativ viele Passelemente eingebracht werden, damit der zur Verfügung stehende resultierende Bolzenquerschnitt die Querkräfte in der Trennfuge aufnehmen kann. Für das„Micro Cone Shifting" sollten die Passelemente sehr dicht beieinander sein (z. B. jede Schraube ist ein Passelement), um wirksam örtliche Verformung zu verhindern. Beide Vorgehensweisen bedeuten einen sehr hohen Aufwand für die Fertigung, da die Passelemente erst nach dem Eindre- hen/Selbstzentrieren eingebracht werden können, da sonst die Selbstzentrierung und damit die optimale Funktion verhindert/zerstört wird.
Eine weitere Möglichkeit stellen Zentrierabsätze dar. Um wirksam zu sein, müssen solche Absätze jedoch extrem genau gefertigt werden (am Besten eine Presspassung). Dies ist allerdings fertigungs- bzw. montagetechnisch extrem teuer, wenn nicht sogar bei sehr großen Lagerabmessungen unmöglich. Sind diese Absätze so gefertigt, dass sie wirksam sind, hindern sie das Lager an der Selbstzentrierung und zerstören damit von Anfang an die optimale Funktion des Lagers, d. h. die Lebensdauer sinkt. Es wird mutmaßlich mehr Schaden angerichtet, als Probleme gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Konzept zur Verformungssicherung von Lagerringelementen, insbesondere von Lagerringhälften, von axial geteilten Lagerringen bereitzustellen.
Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Aufgabe dadurch gelöst werden kann, indem zusätzlich zu einer kraftschlüssigen Kopplung (z.B. mittels einer Schraub Verbindung) zweier axial geteilter Lagerringelemente, insbesondere zweier Lagerringhälften, die axial geteilten Lagerringelemente im Nachhinein zusätzlich form- und/oder stoffschlüssig vermittels eines in einem dafür vorgesehenen Aufnahmeraum eines Lagerringelements befindlichem aktivierbaren Expansionsmaterial verbunden werden. Dabei bedeutet„im Nachhinein" zeitlich gesehen nach einem Auf- oder Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials in den Aufnahmeraum wenigstens eines der Lagerringelemente, nach einem Fügen der Lagerringelemente und nach einem Aktivieren des Expansionsmate- rials.
Ausführungsbeispiele sehen dazu ein Verfahren zum Vormontieren zweier Lagerringelemente eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings vor. Beim Vormontieren wird ein Aufnahmeraum für ein später (z.B. bei einer Endmontage) aktivierbares Ex- pansionsmaterial in eine in der Trennebene liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente eingeformt. Danach wird das aktivierbare Expansionsmaterial in den Aufnahmeraum eingebracht, bevor die beiden Lagerringelemente durch Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente derart vormontiert werden, sodass zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen ein geringer axialer Spalt verbleibt, der während einer Endmontage geschlossen werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen handelt es sich bei den Lagerringelementen um Lagerring- hälften eines axial geteilten Wälzlagers, wobei die Oberflächen der gegenüberliegenden Stirnseiten der Lagerringhälften in der Trennebene liegen. Die Stirnseite einer axialen Lagerringhälfte, z.B. einer Lagerinnenringhälfte oder einer Lageraußenringhälfte, ist dabei ringförmig ausgebildet. Der Aufnahmeraum kann somit durch Einformen wenigstens einer in der ringförmigen Stirnfläche verlaufenden (flachen) Nut in wenigstens eine der Lager- ringhälften eingebracht werden. Die Nut kann dabei eine axiale (d.h. in Richtung der Lagerringrotationsachse) Erstreckung von beispielsweise 0.1 % bis 10 % der axialen Erstre- ckung der Lagerringhälfte aufweisen, in welche die Nut für das aktivierbare adhäsive Material eingeformt wird. Beim Vormontieren der beiden Lagerringelemente können die beiden Lagerringelemente beispielsweise derart flanschartig miteinander verschraubt werden, sodass zwischen ihren axial gegenüberliegenden Stirnflächen der axialer Spalt mit einer axialen Ausdehnung von 10 μιη bis zu 1 mm, beispielsweise ca. 200 μιη, verbleibt. Dieser Spalt, der sehr stark streuen kann, kann dann bei einer späteren Endmontage, welche beispielsweise beim Nut- zer der des geteilten Wälzlagers stattfinden kann, geschlossen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann also in einer der Lagerringhälften an deren Stirnseite schon vor oder während der Vormontage eine flache Nut eingebracht werden, die mit einem von (außen) aktivierbaren Expansionsmaterial, wie z.B. einem Expansionsklebstoff, gefüllt wird. Dabei kann der aktivierbare Expansionsklebstoff in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in die Nut, d.h. den Aufnahmeraum, eingebracht werden. Nach dem Einbringen des aktivierbaren Expansionsklebstoffs in den Aufnahmeraum kann dieser vorausgehärtet werden, sodass er unter Umgebungsbedingungen (z. B. bei einer Temperatur von -10° C bis +60° C) in vormontiertem Zustand der Lager- ringelemente eine feste Konsistenz jedoch noch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist. Das darauffolgende Zusammenführen und Ausrichten der Lagerringelemente erfolgt also in einem Status des Klebstoffs, in dem dieser noch nicht„klebt". Erst nach dem Erreichen einer genauen Relativposition zwischen den zu verbindenden Lagerringelementen wird der Klebstoff aktiviert, so dass dieser volumenmäßig expandiert und adhäsiv wird und somit ein Klebeverbund der Lagerringhälften hergestellt wird.
Bei der kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente kann es sich beispielsweise um eine geschraubte flanschartige Verbindung der beiden Lagerringelemente handeln. Die Lagerringelemente können also in axialer Richtung mit Bohrungen versehen sein, durch bzw. in welche zur Montage der beiden Lagerringelemente in axialer Richtung Festlegungsschrauben geführt werden können. Selbstverständlich sind auch andere Verbindungen zur Vormontage der beiden Lagerringelemente bzw. -hälften denkbar, wie z.B. mittels Bolzen oder Stiften.
Die Vormontage der Lagerringelemente, d.h. das Einformen des Aufnahmeraums, das Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials und das kraftschlüssige Koppeln der beiden Lagerringelemente, kann beispielsweise bei einem Lager- oder Lagerringhersteller stattfm- den.
Ausführungsbeispiele umfassen ebenfalls ein Verfahren zum Endmontieren zweier mittels einer kraftschlüssigen Kopplung vormontierter Lagerringelemente eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings, wobei wenigstens ein erstes der Lagerringelemen- te in der Trennebene eine Stirnseite mit einem Aufnahmeraum aufweist, der mit einem aktivierbaren Expansionsmaterial gefüllt ist, und wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen ein schmaler axialer Spalt vorgesehen ist. Bei der Endmontage, welche beispielsweise bei einem Nutzer bzw. Verbraucher eines geteilten Wälzlagers vorgenommen werden kann, werden die Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente zu- nächst in eine gewünschte Relativposition relativ zueinander ausgerichtet, z. B. in axialer Richtung. Danach werden die ausgerichteten Lagerringelemente durch Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials in dem Aufnahmeraum neben ihrer während der Vormontage erfolgten kraftschlüssigen Kopplung zusätzlich form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
Die beiden Lagerringelemente bzw. -hälften werden also gemäß Ausführungsbeispielen zunächst wie gewöhnlich gefügt und dann kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Nachdem die Verbindung besteht, wird der aktivierbare Expansionswerkstoff aktiviert und somit zur volumenmäßigen Expansion ge- bracht. Daraufhin wächst dieser im Volumen, füllt den Aufnahmeraum bzw. die Nut mehr oder weniger vollständig aus und bildet in einer Kontaktzone der beiden Fügepartner, d.h. der Lagerringelemente, gemäß manchen Ausführungsbeispielen eine Adhäsion aus. Somit wird der Spalt geschlossen und zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringelementen bzw. -hälften hergestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in beiden Lagerringelementen an deren Stirnseiten jeweils eine flache Nut eingebracht werden. Somit liegen sich bei dieser Ausführungsform die beiden Aufnahmeräume bzw. Nuten in vormontiertem Zustand in axialer Richtung gegenüber. In eine dieser Nuten wird ein von außen aktivierbarer und dann u.U. zusätzlich adhäsiver Werkstoff (z.B. Klebstoff, Polymer, Metallschaum, o. ä.) gefüllt. Klebstoff kann beispielsweise vorausgehärtet werden, so dass er unter Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur) eine feste Konsistenz jedoch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist. Polymere oder Metallschäume können derart eingebracht werden, dass sie ein- fach zu handhaben sind. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann also während der Vormontage in beide in der Trennebene liegende Stirnseiten beider Lagerringelemente jeweils ein Aufnahmeraum für das aktivierbare Expansionsmaterial eingebracht werden, wobei aber lediglich in einen der beiden Aufnahmeräume das aktivierbare Material eingebracht wird.
Die beiden Lagerringelemente bzw. -hälften werden auch hier wie gewöhnlich gefügt und dann während der Vormontage kraftschlüssig (z. B. mittels Verschraubung) miteinander verbunden. Nachdem die kraftschlüssige Verbindung besteht, kann der aktivierbare und nicht notwendigerweise klebende Expansionswerkstoff während der späteren Endmontage der Lagerringelemente aktiviert und somit zur Expansion gebracht werden. Daraufhin wächst dieser im Volumen, füllt sowohl die Ausnehmung, in die er eingebracht wurde, als auch die gegenüberliegende Ausnehmung bzw. Nut mehr oder weniger vollständig aus. Damit bildet der aktivierte und daraufhin expandierte (und u.U. zusätzlich klebende) Werkstoff ein drittes Element (Sperrelement), welches die beiden Lagerringelemente in radialer Richtung auch nach seiner Expansion in den Ausnehmungen formschlüssig verbindet.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann in beiden Lagerringelementen an deren Stirnseiten jeweils eine flache Nut eingebracht werden. In eine dieser Nuten wird ein von außen aktivierbarer und daraufhin expandierender Werkstoff gefüllt. Zusätzlich kann nun ein Sperrelement in den Aufnahmeraum bzw. die Nut mit dem expandierenden Werkstoff eingelegt werden. Bei dem Sperrelement kann es sich beispielsweise um einen zusammenhängenden oder segmentierten Ring handeln, dessen Durchmesser und Dicke an die ring- förmigen Nutgeometrien angepasst sind.
Die beiden Lagerringhälften werden während der Vormontage wieder, wie gewöhnlich, gefügt und dann kraftschlüssig miteinander verbunden. Nachdem die kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringhälften besteht, wird der aktivierbare und gemäß manchen Ausführungsbeispielen adhäsive Werkstoff aktiviert und somit zur Expansion gebracht. Daraufhin wächst dieser im Volumen und füllt die Nut bzw. Ausnehmung, in die er eingebracht wurde mehr oder weniger vollständig aus. Das Sperrelement wird durch den expandierenden Werkstoff aus der einen Nut in die andere, gegenüberliegende Nut gedrückt. Dieses Sperrelement ist vorzugsweise höher, als die gegenüberliegende Nut tief ist, sodass das Sperrelement, wenn es in der gegenüberliegenden Nut zur Anlage kommt, auch in seine ursprüngliche Nut, in die es gegeben wurde, hineinragt. Gemäß machen Ausführungsbeispielen kann in den Aufnahmeraum mit dem aktivierbaren adhäsiven Material also zusätzlich ein an die Geometrie des Aufnahmeraums angepasstes Sperrelement eingebracht werden, das bei Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials in den nicht mit dem aktivierbaren Material gefüllten Aufnahmeraum geschoben wird, wobei das Sperrelement eine größere axiale Erstreckung aufweist als der nicht mit dem aktivierbaren adhäsiven Material gefüllte Aufnahmeraum.
Das Sperrelement kann gemäß manchen Ausführungsbeispielen auch so ausgeführt sein, dass es durch den im Aufnahmeraum expandierenden Werkstoff, der auch ein Explosionsstoff sein kann, verformt und so in die gegenüberliegende Nut gedrückt wird. Damit kann das Sperrelement eine radiale, formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringhälften ausbilden. Die Volumen Vergrößerung des aktivierbaren Werkstoffs kann nach dessen Aktivierung durch physikalisch oder chemisch wirkende (dem Werkstoff beigemischte) Treibmittel erzielt werden. Die Aktivierung des Werkstoffs kann beispielsweise durch Zuführen von Wärmeenergie, Induktion, oder auch Ultraschall o. ä. erfolgen. Mögliche Werkstoffe zur Realisierung der gegebenen Anforderungen sind Schmelzklebstoffe (Hotmelts), welche durch Temperaturerhöhung aktiviert werden können. Es können Kontaktklebstoffe vorgesehen werden, welche durch Verdunstung des Lösungsmittels (am einfachsten durch Temperatur) aktiviert werden können. Als aktivierbares adhäsives Mate- rial kommen des Weiteren anaerob härtende Klebstoffe infrage, welche durch Luftab- schluss, Metallionen und evtl. Temperatureinbringung aktiviert werden können. Außerdem sind expandierende Polymere (z. B. Polyurethane, etc.) oder expandierende Metallschäume (z. B. Aluminium oder Magnesium, mit entsprechenden Treibmitteln) vorstellbar. Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird der aktivierbare Werkstoff zwar bei der Vormontage der Lagerringelemente bereits in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum eingebracht, ist dabei vor seiner Aktivierung allerdings noch nicht funktionsfähig bzw. adhäsiv. Grundsätzlich sind die vormontierten Lagerringelemente bzw. das daraus resultierende Lager jetzt schon funktionsfähig, wenn auch noch nicht zu 100% leis- tungsfähig. Nach der Endmontage der Lagerringelemente bzw. des Lagers, z. B. bei einem Abnehmer des Lagers, wird der aktivierbare Werkstoff aktiviert. Handelt es sich dabei beispielsweise um einen aktivierbaren Klebstoff, kann dieser in einen viskosen Aggregatszustand gebracht werden, sodass er die Fügepartner benetzen und daraufhin aushärten kann. Auf diese Weise kann der Kraftschluss der Schrauben-/Flanschverbindung der Vormonta- ge um einen Stoffschluss der Klebung ergänzt werden. Da die Klebflächen im Bereich der Nut liegen, werden die Fügefiächen der kraftschlüssigen Verbindung in keiner Weise durch den Klebstoff beeinflusst. Füllt der ausgehärtete Klebstoff zwei axial gegenüberliegende Nuten aus, wird der Kraftschluss der Schrauben-/Flanschverbindung sogar um einen Formschluss der Klebung ergänzt. Gleiches gilt für einen expandierenden Polymer, einen expandierenden Metallschaum und/oder ein zusätzliches Sperrelement.
Dadurch, dass der aktivierbare Werkstoff während der Endmontage in der dafür vorgesehenen Ausnehmung verborgen ist, hat er keinen (negativen) Einfluss auf die beiden axial gegenüberliegen Stirn- bzw. Fügefiächen der Lagerringelemente. Der axiale Spalt zwi- sehen den Lagerringelementen, der die Funktionsfähigkeit bestimmt, wird durch den in der Ausnehmung befindlichen aktivierbaren Werkstoff nicht beeinflusst. Ausführungsbeispiele können den Widerspruch lösen, dass die beiden axial gegenüberliegen Stirn- bzw. Fügeflächen der Lagerringelemente miteinander verklebt werden sollen, dieses Verkleben normalerweise aber die Verbindung/Funktion der Lagerringelemente verschlechtert, da es den Spalt in relativ unvorhersehbarer Weise vergrößert (Gemäß TRIZ z. B. Separation in Raum/Ort und Zeit/Prozessfolge). Die notwendige Lageranstellung wird durch die zusätzliche adhäsive Verbindung nicht beeinflusst, besonders in Bezug auf eine trennende oder abstandserhöhende Wirkung in der Trennfuge bzw. dem Spalt.
Beispielsweise nach einer Einbringung eines aktivierbaren Klebstoffs in die dafür vorgesehene Ausnehmung wird dieser vorausgehärtet, sodass er einen trockenen, nicht klebenden Zustand aufweist. Dadurch wird die Handhabung der vormontierten Lagerringe sehr vereinfacht. Der aktivierbare Kleb- bzw. Werkstoff wird von extern aktiviert, expandiert dar- aufhin und füllt durch die Expansion die Aufnahme- bzw. Hohlräume in den Stirnflächen der Fügepartner aus.
Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann der aktivierbare Werkstoff vorkonfektioniert (z. B. in Form von Bändern, etc.) werden. Dies kann die Applikation des Werkstoffs zu- sätzlich vereinfachen.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist also auf kostengünstige Weise ein stabiler Verbund beispielsweise von Lagerringhälften geteilter Innen- und/oder Außenlagerringe von Wälzlagern herstellbar.
Dabei kann die eingangs beschriebene elastische Einfederung der axial geteilten Lagerringe unter Last u. U. zwar nicht vollständig verhindert werden, jedoch erfolgt diese dann bei den verbundenen Lagerringelementen synchron, sodass es zu keinen Relativbewegungen zwischen den Lagerringkomponenten kommt. Dadurch können mögliche negative Effekte durch dieses Phänomen, wie beispielsweise Passungsrost, von vorneherein vermieden werden.
Des Weiteren kann eine erfindungsgemäße Klebung zusätzlich eine gewisse Dichtfunktion haben, sodass keine Medien durch die Füge- bzw. Passungsflächen zwischen den Lager- bzw. Laufringkomponenten dringen können.
Weitere Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. la eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung mit einem geteilten Lagerinnenring und einem darin für ein aktivierbares adhäsives Expansionsmaterial vorgesehenen Aufnahmeraum, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. lb eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in X-Anordnung mit einem geteilten Lageraußenring und einem darin für ein aktivierbares adhäsives Expansionsmaterial vorgesehenen Aufnahmeraum, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung mit einem vor- und endmontierten geteilten Lagerinnenring, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 eine Schnittansicht eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung mit einem vor- und endmontierten geteilten Lagerinnenring, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und verschiedene Schnittansichten eines geteilten Wälzlagers in O-Anordnung in verschiedenen Montagezuständen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. la und lb zeigen Beispiele für axial geteilte Wälzlager 10, 20, zu deren Montage Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Die Fig. la zeigt eine Schnittansicht eines geteilt ausgebildeten Wälzlagers 10 in O- Anordnung. Das geteilte Wälzlager 10 weist einen axial geteilten Innenring 11 mit zwei Lagerinnenringelementen bzw. -hälften 11-1, 11-2 auf. Beide Lagerinnenringelemente 11- 1, 11-2 dienen als innere Laufringe für Wälzkörper 12. Obwohl in der Fig. la exemplarisch zwei Reihen aus Zylinderrollen als Wälzkörper 12 angedeutet sind, können gleichermaßen selbstverständlich auch Kegelrollen, Kugeln, etc., als Wälzkörper 12 vorgesehen sein. Radial außen werden die zwei Wälzkörperreihen 12 von einem ungeteilten Lageraußenring 13 geführt. Sowohl die beiden Lagerinnenringhälften 11-1, 11-2, als auch der ungeteilte Lageraußenring 13 weisen in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Lagerrotationsachse 14, verlaufende Bohrungen 15 auf, durch welche Befestigung- bzw. Kopplungsmittel geführt werden können, um einerseits die beiden Lagerinnenringhälften 11-1, 11-2 kraftschlüssig miteinander zu koppeln, als auch um die gesamte Lageranordnung 10 beispie ls- weise an einem Lagergehäuse oder einer Lagerhaltung (nicht gezeigt) zu befestigen.
Im Unterschied zu der O-Anordnung der Fig. la, zeigt die Fig. lb ein axial geteiltes Wälzlager 20 in X- Anordnung. Dabei verläuft eine Rotationsachse der Wälzkörper 12 derart, dass axial innenliegende Stirnflächen der Wälzkörper 12 in radialer Richtung weiter außen liegen als deren axial nach außen weisende Stirnflächen. Im Unterschied zu der Fig. la ist bei der X- Anordnung der Fig. lb der Lagerinnenring 11 ungeteilt ausgeführt, wohingegen der Lageraußenring 13 zwei axial geteilte Lageraußenringelemente bzw. -hälften 13-1, 13- 2 aufweist. Beide Wälzlageranordnungen der Fig. la und lb weisen also jeweils zwei Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 eines in einer rotationachsnormalen Trennebene 16 geteilten Lagerrings 11 (Lagerinnenring) bzw. 13 (Lageraußenring) auf.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen vor, dass während eines Vormon- tageprozesses ein Aufnahmeraum 17 für ein aktivierbares expandierendes und evtl. klebendes Material (Expansionsmaterial) 18 in eine in der Trennebene 16 liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 eingeformt wird. In den dargestellten Beispielen sind derartige Aufhahmeräume 17 exemplarisch in die Stirnseiten der Lagerringhälften 1 1-1 bzw. 13-1 eingeformt. Der Aufnahmeraum bzw. eine Ausnehmung 17 kann dabei beispielsweise als ringförmig umlaufende Nut in das Lagerringelement 11-1 bzw. 13-1 eingeformt sein, so wie es in den Schnittansichten der Fig. la und lb exemplarisch gezeigt ist.
Nach dem Einformen des wenigstens einen Aufnahmeraums 17 in die in der Trennebene 16 liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 wird das aktivierbare Expansionsmaterial 18 in den dafür vorgesehenen Aufnahmeraum 17 eingebracht. Ein Expansionsklebstoff kann beispielsweise in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in den Aufnahmeraum 17 eingebracht werden. Dabei ist das Expansionsmaterial 18 noch nicht aktiviert, d.h. noch nicht expandiert und/oder klebend.
Bei der Vormontage der axial geteilten zweireihigen Wälzlager 10 bzw. 20 kann nach dem Einbringen des aktivierbaren Materials 18 in den Aufnahmeraum 17 das aktivierbare Material 18 beispielsweise vorausgehärtet werden, so dass es unter Umgebungsbedingungen, d.h. beispielsweise in einem Temperaturbereich von -20 bis 60 °C, in dem vormontiertem Zustand der Lagerringelemente bzw. -hälften 1 1-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 beispielsweise noch keine expandierenden und/oder adhäsiven, d.h. klebenden, Eigenschaften aufweist. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann das aktivierbare adhäsive Material 18 ein aktivierbarer Expansionsklebstoff sein, der während der Vormontage in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in den Aufnahmeraum 17 eingebracht wird. Nach dem Einbringen des aktivierbaren expandierenden und/oder adhäsiven Materials 18 in den Aufnahmeraum 17 können die beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13- 2 durch Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente fertig vormontiert werden, wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen 1 1-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 ein geringer axialer Spalt verbleibt (in den Fig. la und lb nicht explizit dargestellt), welcher während einer später erfolgenden Endmontage des geteilten Wälzlagers 10 bzw. 20 geschlossen werden kann. Die kraftschlüssige axiale Kopplung der beiden Lagerringelemente 11-1,11-2 bzw. 13-1,13-2 kann beispielsweise mittels einer kraftschlüssigen Schraub Verbindung durch die dafür vorgesehenen axial verlaufenden Bohrungen 15 erfolgen.
Die gesamte Vormontage der Lagerringelemente 11-1, 11-2 bzw. 13-1, 13-2 bzw. der daraus resultierenden Wälzlager 10 bzw. 20 kann beispielsweise bei einem Lagerhersteller erfolgen. Die so vormontierten Lager, bei denen sich der in der Ausnehmung 17 befindliche Expansionswerkstoff 18 noch in deaktiviertem, d.h. nicht expandierten und nicht kle- bendem Zustand befindet, kann daraufhin in dieser vormontierten Form von dem Lagerhersteller zu einem Einsatzort des Lagers 10 bzw. 20 transportiert werden, wo dann eine Endmontage des Lagers stattfinden kann. Anhand der Fig. 2 wird im Nachfolgenden ein Verfahren für eine Endmontage zweier mittels einer kraftschlüssigen axialen Kopplung vormontierter Lagerringelemente eines in einer rotationsachsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings 10 beschrieben. Wie es bezugnehmend auf die Fig. la, lb und den Vormontageprozess bereits beschrieben wurde, weist ein erstes Lagerringelement 11-1 der vormontierten Lagerringelemente in der Trennebene eine Stirnseite mit einem ersten Aufnahmeraum 17-1 auf, der mit dem aktivierbaren Material 18 gefüllt. Zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen 11- 1, 11-2 ist ein geringer axialer Spalt (in Fig. 2 nicht explizit dargestellt) in einem Bereich von 10 μιη bis 1 mm, beispielsweise ca. 200 μιη, vorgesehen. In einem ersten Schritt der Endmontage werden die einander zugewandten Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente 11-1, 11-2 in eine gewünschte Relativ- bzw. Fügeposition zueinander gebracht, vorzugsweise in axialer Richtung (eine radiale Relativposition wurde bereits während der Vormontage eingestellt). Dies kann beispielsweise durch Anziehen und/oder Lösen bzw. Lockern von während der Vormontage eingestellten Schraub Verbindungen durch die Bohrungen 15 geschehen. Zusätzlich oder alternativ können die Lagerringhälften 1 1-1, 11-2 auch nochmals radial zueinander ausgerichtet werden, bis sie die gewünschte Relativposition zueinander haben. Sind die beiden Lagerringhälften 11-1, 11-2 bzw. ihre einander zugewandten Stirnseiten wie gewünscht zueinander ausgerichtet, wird der in dem Aufnahme- räum 17 befindliche aktivierbare Werkstoff 18 aktiviert, woraufhin er volumenmäßig aus dem Aufnahmeraum 17-1 bzw. aus entsprechenden der Stirnfläche hinaus expandiert.
Obwohl gemäß manchen Ausführungsbeispielen in nur einem der beiden Lagerringelemente 1 1-1, 11-2 ein Aufnahmeraum für den Expansionswerkstoff 18 vorgesehen sein kann, sehen manche Ausführungsbeispiele auch in dem zweiten Lagerringelement 11-2 einen zweiten Aufnahmeraum 17-2 vor, der mit dem ersten Aufnahmeraum 17-1 derart zusammenwirkt, das sich nach der Aktivierung des aktivierbaren Materials 18 dieses axial von dem ersten Aufnahmeraum 17-1 heraus in den zweiten Aufnahmeraum 17-2 hinein expandiert. D.h., bei manchen Ausführungsbeispielen wird in beide in der Trennebene 16 liegende Stirnseiten der beiden Lagerringelemente 1 1-1, 11-2 jeweils ein Aufnahmeraum 17-1 bzw. 17-2 für das aktivierbare Material 18 eingeformt, wobei während der Vormontage lediglich in einen der beiden Aufnahmeräume 17-1 oder 17-2 das aktivierbare Material 18 eingebracht wird. Wie es aus der Fig. 2 zu erkennen ist, bildet der während der Endmontage aktivierte und expandierte Werkstoff 18, der sich nach seiner Expansion axial aus dem ersten Aufnahmeraum 17-1 in den zweiten Aufnahmeraum 17-2 hinein erstreckt ein weiteres Verbindungsbzw. Sperrelement, welches die beiden Lagerringhälften 11-1, 11-2 auch in radialer Rich- tung formschlüssig festlegt.
Die Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der während der Vormontage (siehe Fig. 3, links) zusätzlich zu dem aktivierbaren Werkstoff 18 ein Sperrelement 31 mit in den Aufnahmeraum 17-1 eines ersten Lagerringelements 11-1 gegeben wird. Bei dem Sperr- element 31 kann es sich beispielsweise um einen zusammenhängenden Ring oder einen segmentiert ausgebildeten Ring handeln.
Bei der Vormontage werden die beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 wie gewöhnlich gefügt und kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise mittels einer Schraubver- bindung durch die Bohrungen 15. Nachdem die kraftschlüssige Kopplung der beiden Lagerringelemente 1 1-1, 11-2 besteht, wird der in dem Aufnahmeraum 17-1 befindliche Werkstoff 18 während der Endmontage (siehe Fig. 3, rechts) aktiviert und somit zur Expansion gebracht. Daraufhin wächst dieser im Volumen und füllt die Ausnehmung 17-1, in die er eingebracht wurde mehr oder weniger vollständig aus. Das Sperrelement 31 wird durch den expandierenden Werkstoff 18 aus der ersten Ausnehmung 17-1 in eine dazu korrespondierende zweite Ausnehmung 17-2 des zweiten Lagerringelements 11-2 gedrückt. Eine axiale Erstreckung des Sperrelements 31 ist größer, als die zweite Ausnehmung 17-2 tief ist, sodass das Sperrelement 31 , wenn es in der zweiten Ausnehmung 17-2 zur Anlage kommt, axial in die erste Ausnehmung 17-1 hineinragt. Somit wird durch das Sperrelement 31 zusätzlich eine formschlüssige Verbindung in radialer Richtung gebildet. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Sperrelement 31 auch derart ausgeführt sein, dass es durch den expandierenden Werkstoff 18, der auch ein Explosionsstoff sein kann, zumindest teilweise verformt und so in die gegenüberliegende, korrespondierende Ausnehmung 17-2 gedrückt wird. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann in den Aufnahmeraum 17-1 mit dem aktivierbaren expansiven bzw. adhäsiven Material 18 während der Vormontage also zusätzlich auch ein an die Geometrie des Aufnahmeraums 17-1 angepasstes Sperrelement 31 eingebracht werden, das bei Aktivierung des aktivierbaren expansiven bzw. adhäsiven Materials 18 in den nicht mit dem aktivierbaren Material 18 gefüllten Aufnahmeraum 17-2 des zweiten Lagerringelements 11-2 geschoben wird, wobei das Sperre le- ment 31 eine größere axiale Erstreckung aufweist als der nicht mit dem aktivierbaren adhäsiven Material gefüllte zweite Aufnahmeraum.
Zusammenfassend soll nun anhand der Fig. 4 eine Vormontage bei einem Lagerhersteller, ein Transport eines vormontierten Lagers vom Lagerhersteller zum Einsatzort und eine Endmontage des vormontierten Lagers an dessen Einsatzort verdeutlicht werden.
Wie es in der Fig. 4 (links) angedeutet ist, werden beispielsweise bei einem Lagerhersteller Lagerringe 13 und Lagerringhälften 11-1, 11-2 eines in einer achsnormalen Trennebene 16 geteilten Lagerrings 1 1 zu einem zweireihigen Wälzlagers 10 vormontiert. Dazu wird in wenigstens eine der Lagerringhälften 11-1 eine ringförmige Ausnehmung 17 für ein aktivierbares Expansionsmaterial 18 in eine in der Trennebene liegende Stirnseite der Lagerringhälfte 11-1 eingeformt. In diese Einformung 17 wird anschließend das aktivierbare Material 18 in noch nicht aktiviertem Zustand angebracht. Für einen nachfolgenden Trans- port können die beiden Lagerringelemente 11-1, 11-2 durch Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung noch beim Lagerhersteller vormontiert werden, wobei zwischen den beiden vormontierten bzw. axial gekoppelten Lagerringelementen 11-1, 11-2 zunächst noch ein axialer Spalt 41 mit einer axialen Ausdehnung von in einem Bereich von 10 μιη bis 200 μιη verbleibt, der während der späteren Erfolgen Endmontage geschlossen werden kann.
Das vormontierte Wälzlager 10 (z. B. ein zweireihiges Kegelrollenlager) wird anschließend als ein Paket bzw. eine Einheit zu seinem Einsatzort transportiert, befindet sich dabei allerdings noch nicht in seiner Endgeometrie (siehe Fig. 4, Mitte). Zwischen den beiden Innenringhälften 11-1, 11-2 (oder auch Außenringhälften bei anderen Ausführungsbeispie- len) befindet sich der axiale Spalt 41. Erst wenn dieser Spalt 41 geschlossen ist, ist die radiale Vorspannung des Wälzlagers 10 hergestellt und das Lager somit funktionsfähig.
Am Einsatzort kann das vormontiert transportierte Lager 10 dann, wie bereits beschrieben wurde, durch axiales (und evtl. auch radiales) Ausrichten der gegenüberliegenden Stirnsei- ten der vormontierten Lagerringelemente 11-1, 11-2 in eine gewünschte Relativposition zueinander und anschließender zusätzliches Stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden der ausgerichteten Lagerringelemente 11-1, 11-2 durch Aktivierung des Expansionsmaterials 18 indem Aufnahmeraum 17 endmontiert werden (siehe Fig. 4, rechts). Dabei wird beim Ausrichten die mit dem Aufnahmeraum 17 versehene Stirnseite des ersten Lagerringelements 11-1 mit der ihr zugewandten Stirnseite des zweiten Lagerringelements 1 1-2 zur Deckung gebracht, um das erste und zweite Lagerringelement in ihrer Trennebene 16 zu einem geteilten Lagerring 11 zu fügen. Dabei werden gemäß manchen Ausführungsbeispielen auch die in die Stirnflächen eingeformten Aufnahmeräume 17-1 , 17-2 bzw. deren Öffnungen zur Deckung gebracht.
Bei der Aktivierung des aktivierbaren Werkstoffs 18 kann dessen Expansionseigenschaft aktiviert werden, so dass sich das aktivierte Material in dem wenigstens einen Aufnahme- räum 17 volumenmäßig derart ausdehnt, so dass beispielsweise bei einem aktivierbaren adhäsiven Werkstoff 18 ein adhäsiver Verbund des ersten Lagerringelements 11-1 mit dem zweiten Lagerringelement 11-2 in der achsnormalen Trennebene 16 bewirkt wird.
Nachdem nach der Aktivierung des aktivierbaren Materials 18 die Stoff- und/oder form- schlüssige Verbindung hergestellt ist, kann eine davor ausgeübte kraftschlüssige (Pressoder Schraub-) Verbindung u. U. auch wieder aufgelöst werden - je nach Anforderung an das Wälzlager bzw. dessen Lagerringe.
Zum Einsatz kommen kann als aktivierbares Material 18 ein Klebstoff, der bei typischen Umgebungstemperaturen (z.B. zwischen 0° C und 50 °C) eine feste Konsistenz hat. Der Klebstoff 18 hat demgemäß bei typischen Umgebungstemperaturen nicht nur eine feste Konsistenz, er weist auch keine adhäsive Eigenschaft auf.
Es können generell Schmelzklebstoffe zum Einsatz kommen (auch als„Hotmelts" be- zeichnet). Diese sind bei Raumtemperatur fest. Sie werden durch Aufschmelzen verarbeitbar, d.h. sie entfalten bei Erwärmung ihre adhäsive Wirkung. Es erfolgt hier also eine Aktivierung durch Temperatur. Die heiße Klebstoffschmelze geht dann den adhäsiven Verbund ein. Unmittelbar nach dem Abkühlen und Erstarren des Klebstoffs ist die Verbindung fest. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine schnelle Montage. Zum Einsatz kommen können auch Kontaktklebstoffe.
Weiterhin können anaerob härtende Klebstoffe eingesetzt werden. Diese Klebstoffe werden als einkomponentiges System eingesetzt. Die eingesetzten Monomere von (modifizierten) Acrylsäure-Estern härten nach einem Radikalketten-Mechanismus ähnlich den Me- thylmethacrylaten aus. Das Besondere dabei ist, dass die Härtereaktion nur unter Ausschluss von Sauerstoff, also anaerob, und in Anwesenheit von Metall-Ionen startet, wenn der Klebstoff in einer engen metallischen Klebefuge von der Umgebungsluft abgeschlossen wird. Es können nur metallische Werkstoffe damit geklebt werden, was für die vorlie- gende Erfindung von Vorteil ist, da für die Aushärtung freie Metall-Ionen als Reaktionspartner benötigt werden.
Weitere bevorzugte Klebstoffe, die vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind strahlenhärtende Klebstoffe. Bei diesen Klebstoffen, die als einkom- ponentige Systeme eingesetzt werden, härten durch radikalische Polymerisation zu festen Polymeren, wobei die Bildung der Startradikale durch Bestrahlung mit UV-Licht (oder anderen Strahlenquellen, wie z.B. Elektronen) hervorgerufen wird. Die Wellenlänge des UV- Lichts muss dabei genau auf das eingesetzte Klebstoffsystem abgestimmt sein. Die Aushärtung erfolgt durch Bestrahlen mit UV-Licht. Es sind hierbei mehrere Varianten mög- lieh: Zunächst sind UV-Acrylate bekannt. Im flüssigen Zustand besteht ein radikalisch vernetzender UV-Klebstoff überwiegend aus Monomeren und Photoinitiatoren. In diesem Zustand lässt sich der Klebstoff leicht dosieren. Durch die Einwirkung von UV-Strahlung werden die Photoinitiatoren in freie Radikale gespalten. Diese Radikale leiten die Bildung von Polymerketten ein. Im ausgehärteten Zustand besteht der UV-Klebstoff aus vernetzten Polymerketten. Weiterhin können kationische Epoxies (Epoxidharze-Klebstoffe) zum Kleben von nicht transparenten Substraten eingesetzt werden, was vorliegend vorteilhaft ist. Im Unterschied zu den radikalisch härtenden Acrylatklebstoffen können die kationisch härtenden Klebstoffsysteme nach einer ausreichenden Aktivierung mit UV-Strahlung im Dunklen weiterhärten. Kationische Epoxies können für Anwendungen mit einem UV- durchlässigen Bauteil ebenso eingesetzt werden, wie für Anwendungen bei nicht UV- durchlässigen Werkstoffen. Bei Letzteren muss der Klebstoff nach dem Dosieren, jedoch vor dem Fügen mit UV-Strahlung aktiviert werden. Nach der Aktivierung besitzt der Klebstoff eine begrenzte offene Zeit, in der die Bauteile zu fügen sind. Sehr vorteilhaft ist die Volumenvergrößerung des Klebstoffs bei seiner Aktivierung. Hierzu enthält der Klebstoff vorzugsweise ein physikalisch oder chemisch wirkendes Treibmittel, das bei der Aktivierung des Klebstoffs selbst aktiviert wird und das durch Gasbildung oder Gas- Ausdehnung das Volumen des Klebstoffs vergrößert. Bei physikalisch wirkenden Treibmitteln ist die Volumenvergrößerung eine physikalische Folge des Erwärmens von mit Gas oder verdampfbarer Flüssigkeit gefüllten Mikrohohlkugeln. Bei chemischen Treibmitteln wird durch eine chemische Reaktion ein Gas abgespaltet, welches die Volumenvergrößerung des Klebstoffs bewirkt. Aufgrund der Volumenvergrößerung nach der Aktivierung ist es nicht erforderlich, dass ein Bereich zwischen den Lagerringhälften übermäßig genau zueinander toleriert werden muss. Vielmehr darf ein Spalt zwischen Klebstoff und dem weiteren Lagerringelement bzw. der weiteren Lagerringhälfte verbleiben, was das Fügen der beiden Bauteile erleichtert. Aufgrund der Volumenvergrößerung füllt der Klebstoff nach der Aktivierung den Spalt aus und verbindet hierdurch die beiden Teile stoffschlüssig.
Für das vorgeschlagene Verfahren kann ein Klebstoff auf Basis von Polyurethanen, Epoxidharzen oder Acrylaten verwendet werden. Dabei schließt der Begriff„Acrylat" substituierte Acrylate wie Methacrylat ein.
Beispiele von Klebstoffen, die sich bewährt haben, sind so genannte„reaktive Schmelzklebstoffe". Diese sind in geschmolzenen Zustand streichfähig, so dass sie in diesem Zustand in den Aufnahmeraum 17 in der Stirnseite des Lagerringelements aufgebracht werden können, ohne dass der Aushärtungs-Mechanismus aktiviert wird. Dieser erfordert vielmehr ein Erwärmen auf eine höher liegende Aktivierungstemperatur, bei der ein latenter Härter für eine reaktionsfähige Bindemittel-Komponente (beispielsweise ein Präpolymer mit Epoxid- oder Isocyanat-Gruppen) aktiviert wird.
Der Klebstoff kann eine Harzkomponente enthalten, mindestens einen thermisch aktivier- baren latenten Härter für die Harzkomponente sowie ggf. Beschleuniger, Füllstoffe, Thi- xotropiehilfsmittel und weitere übliche Zusatzstoffe, wobei die Harzkomponente durch Umsetzung von einem beim Raumtemperatur festen Epoxidharz, einem bei Raumtemperatur flüssigen Epoxidharz und einem linearen Polyoxypropylen mit Amino-Endgruppen erhältlich ist. Die Epoxidharze werden in einer solchen Menge, bezogen auf das Polyoxypro- pylen mit Amino-Endgruppen, eingesetzt, dass ein Überschuss an Epoxidgruppen, bezogen auf die Aminogruppen, gewährleistet ist. Als latenter Härter ist beispielsweise Dicyandia- mid geeignet. Weiterhin können Epoxidharz-Strukturklebstoffe eingesetzt werden. Hierbei handelt es sich um Zusammensetzungen, die ein Copolymeres mit mindestens einer Gasübergangstemperatur von -30° C oder niedriger und gegenüber Epoxiden reaktiven Gruppen oder ein Reaktionsprodukt dieses Copolymeren mit einem Polyepoxid, weiterhin ein Reaktionspro- dukt aus einem Polyurethan-Prepolymer und einem Polyphenol oder Aminophenol sowie schließlich mindestens ein Epoxidharz enthalten. Um diese Zusammensetzungen wärmehärtbar zu machen, enthalten sie zusätzlich einen latenten Härter aus der Gruppe Dicyandi- amid, Guanamine, Guanidine, Aminoguanidine, feste aromatische Diamine und/oder Härtungsbeschleuniger. Zusätzlich können sie Weichmacher, Reaktiwerdünner, Rheologie- Hilfsmittel, Füllstoffe, Netzmittel und/oder Alterungsschutzmittel und/oder Stabilisatoren enthalten.
Des Weiteren können gemäß Ausführungsbeispielen auch spezielle Mehr-Komponenten- Klebstoffe eingesetzt werden, die wenigstens zwei Komponenten umfassen, die im Folgenden ganz allgemein mit A und B bezeichnet werden. Beispielsweise ist bei einem derartigen Klebstoff in einer ersten Komponente A eine zweite Komponente B enthalten, allerdings eingeschlossen in kleinen Kapseln und daher getrennt von der ersten Komponente A. Die Kapseln der zweiten Komponente B können z. B. aus sehr dünnem Kunststoffmaterial bestehen, das sehr empfindlich gegen mechanische Kräfte und/oder gegen thermische Beaufschlagung ist. Demgemäß kann durch äußere mechanische Kräfte bzw. durch Erhitzung der Kapseln bzw. deren Inhalt ein Platzen der Kapseln bewerkstelligt werden. Dies hat zur Folge, dass sich die beiden Klebstoffkomponenten A und B vermischen und miteinander reagieren können, worunter die Aktivierung eines derartigen Klebstoffs verstanden werden soll. Ein Platzen der Kapseln bei der Beaufschlagung mittels Wärme wird dadurch begünstigt, wenn sich die Komponente B bei der Erwärmung zumindest geringfügig ausdehnt.
Befinden sich also zwei zu verbindende Lagerringhälften in einer gewünschten Relativposition, in der der Kleberverbund hergestellt werden soll, kann beispielsweise mittels einer Induktionsspule eine Erhitzung des Mehr-Komponenten-Klebstoffs und insbesondere der zweiten Komponente B in den Kapseln verursacht werden. Die entstehende Wärme bringt die Kapseln zum Platzen, so dass die zweite Komponente B freigesetzt wird und sich mit der ersten Komponente A vermischen kann. Es kommt mithin zu der gewünschten Reaktion zwischen den beiden Klebstoffkomponenten A und B (Aktivierung) und zu einem Aus- härten des Klebstoffs, wodurch die beiden Lagerringhälften fest miteinander verbunden werden können.
Die erwähnten thermisch aktivierbaren Klebstoffsysteme können mit oder ohne die oben beschriebenen Treibmittel eingesetzt werden, je nachdem, ob man eine Volumenvergrößerung des Klebstoffs bei bzw. nach der thermischen Aktivierung anstrebt oder nicht.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen auch ein Wälzlager, welches miteinander vermittels des Expansionswerkstoffs 18 form- und/oder stoffschlüssig verbun- dene Innen- und/oder Außenlagerringhälften umfasst. Dabei weist jeweils eine der Innenoder Außenlagerringhälften in ihrer Stirnseite, die zumindest teilweise in der achsnormalen Trennebene des Wälzlagers liegt, einen Aufnahmeraum 17 für einen aktivierbaren Expansionswerkstoff 18 auf. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen dementsprechend natürlich auch einen Lagerring 11, 13 für ein Wälzlager mit wenigstens einem ersten Lagerringele- ment, wobei das erste Lagerringelement und ein zweites Lagerringelement durch ein in dem Aufnahmeraum 17 des ersten Lagerringelements aktiviertes Expansionsmaterial 18 an den Stirnflächen der Lagerringelemente zu dem Lagerring 11, 13 form- und/oder stoffschlüssig (durch Verklebung) verbunden sind. Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept wird also während der Vormontage in einem der Lagerringe bzw. einer der Lagerringhälften an dessen Stirnseite beispielsweise eine flache Nut eingebracht, die mit einem von außen aktivierbaren Expansionsmaterial (z. B. Expansionsklebstoff) gefüllt werden kann. Dabei kann beispielsweise eine Klebstoffeinbringung pastös oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands erfolgen. Der Klebstoff wird voraus- gehärtet, so dass er unter Umgebungsbedingungen (z.B. Raumtemperatur) zunächst eine feste Konsistenz, jedoch noch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist. Die beiden Lagerringe bzw. Lagerringhälften werden dann wie gewöhnlich gefügt und kraftschlüssig miteinander verbunden. Nachdem die Verbindung besteht, wird der Klebstoff aktiviert und somit zur volumenmäßigen Expansion gebracht. Daraufhin wächst der aktivierte Klebstoff im Volumen, füllt die Nut bzw. den Aufnahmeraum mehr oder weniger vollständig aus und bildet in einer Kontaktzone der beiden Fügepartner Adhäsion aus. Somit wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Lagerringen bzw. Lagerringhälften hergestellt. Die Volumenvergrößerung kann durch physikalisch oder chemisch wirkende (dem Klebstoff beigemischte) Treibmittel erzielt werden. Die Aktivierung des Klebstoffs kann beispielsweise durch das Aufbringen von Wärmeenergie, vorzugsweise Induktion, oder auch Ultraschall erfolgen. Mögliche Klebstoffe zur Realisierung der gegebenen Anforderungen sind beispielsweise Schmelzklebstoffe (Hotmelts), deren Aktivierung durch Temperaturerhöhung erfolgt. Weiterhin möglich sind Kontaktklebstoffe, deren Aktivierung durch Verdunstung des Lösungsmittels (am einfachsten durch Temperatur) erfolgt. Anaerob härtende Klebstoffe können durch Luftabschluss, Metall-Ionen und evtl. Temperatureinbringung aktiviert werden.
Eine Einbringung des Klebstoffs erfolgt in trockenem, nicht klebendem Zustand. Dadurch kann eine Handhabung sehr vereinfacht werden. Der Klebstoff wird durch externe Aktivierung ausgelöst und füllt durch Expansion die dafür vorgesehenen Hohlräume aus. Der Klebstoff kann vorkonfektioniert (z. B. in Form von Bändern, etc.) werden. Dies vereinfacht eine Applikation des Klebstoffs. Da die Klebeflächen im Bereich der Nut liegen, werden die Fügeflächen (Stirnflächen) der kraftschlüssigen Verbindung in keiner Weise durch den Klebstoff beeinflusst.
Eine notwendige Lageranstellung wird durch die Verbindung nicht beeinflusst, insbesondere in Bezug auf eine trennende oder abstandserhöhende Wirkung in der Trennfuge.
Die eingangs beschriebene elastische Einfederung der Ringe unter Last kann durch die Klebung u. U. zwar nicht vollständig verhindert werden, jedoch erfolgt diese dann bei beiden Ringteilen synchron, sodass es zu keinen Relativbewegungen zwischen den Ringkomponenten kommt. Dadurch werden mögliche negative Effekte durch dieses Phänomen, wie z.B. Passungsrost, von vorneherein vermieden.
Die Klebung liefert zusätzlich eine gewisse Dichtfunktion, sodass keine Medien durch die Passungsflächen zwischen den Ringkomponenten dringen können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Konzept zur Verformungssicherung von Lagerringelementen
1. Verfahren zum Vormontieren zweier Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1 ; 13-2) eines in einer achsnormalen Trennebene (16) geteilten Lagerrings (11 ; 13), mit fol genden Schritten:
Einbringen eines Aufnahmeraums (17) für ein aktivierbares Expansionsmaterial (18) in eine in der Trennebene (16) liegende Stirnseite wenigstens eines der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2);
Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in den Aufnahmeraum (17); und
Herstellen einer kraftschlüssigen Kopplung der Lagerringelemente (1 1-1, 1 1-2; 13- 1 ; 13-2), wobei zwischen den beiden kraftschlüssig gekoppelten Lagerringelementen ein axialer Spalt (41) verbleibt, der während einer Endmontage geschlossen werden kann.
2. Das Verfahren zum Vormontieren nach Anspruch 1, wobei das aktivierbare Expansionsmaterial (18) ausgebildet ist, um nach seiner Aktivierung volumenmäßig in dem Aufnahmeraum (17) zu expandieren.
3. Das Verfahren zum Vormontieren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das aktivierbare Expansionsmaterial (18) nach seiner Aktivierung zusätzlich eine adhäsive Eigenschaft aufweist.
4. Das Verfahren zum Vormontieren nach Anspruch 3, wobei nach dem Einbringen des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in den Aufnahmeraum (17; 17-1; 17-2) das aktivierbare Expansionsmaterial (18) vorausgehärtet wird, sodass es unter Umgebungsbedingungen in vormontiertem Zustand der Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) noch keine adhäsiven Eigenschaften aufweist.
5. Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aktivierbare Expansionsmaterial (18) ein aktivierbarer Expansionsklebstoff ist und der Expansionsklebstoff (18) in einem pastösen Zustand oder in Form eines abrollbaren Klebstoffbands in den Aufnahmeraum (17) eingebracht wird.
6. Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in beide in der Trennebene (16) liegende Stirnseiten der beiden Lagerringelemente (11-1 , 1 1-2; 13-1 ; 13-2) gegenüberliegend jeweils ein Aufnahmeraum (17- 1 ; 17-2) für das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, und wobei lediglich in einen ersten der beiden Aufnahmeräume (17-1 ; 17-2) das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, sodass das aktivierbare Expansionsmaterial (18) nach seiner Aktivierung volumenmäßig von dem ersten Aufnahmeraum (17-1; 17-2) in den gegenüberliegenden zweiten Aufnahmeraum expandieren kann, um daraufhin eine formschlüssige Verbindung der beiden Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) mittels des expandierten Expansionsmaterials (18) zu erhalten.
7. Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in beide in der Trennebene (16) liegende Stirnseiten der beiden Lagerringelemente (11-1 , 1 1-2; 13-1 ; 13-2) gegenüberliegend jeweils ein Aufnahmeraum (17- 1 ; 17-2) für das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, wobei lediglich in einen der beiden Aufnahmeräume (17-1; 17-2) das aktivierbare Expansionsmaterial (18) eingebracht wird, und wobei in den Aufnahmeraum (17-1) mit dem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) zusätzlich ein an die Geometrie des Aufnahmeraums (17-1 ; 17-2) angepasstes Sperrelement (31) eingebracht wird, das bei Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in den nicht mit dem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) gefüllten Aufnahmeraum (17-2) geschoben wird, wobei das Sperrelement (31) eine größere axiale Erstreckung aufweist als der nicht mit dem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) gefüllte Aufnahmeraum (17- 2)·
8. Das Verfahren zum Vormontieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Herstellen der kraftschlüssigen Kopplung die beiden Lagerringelemente (11-1, 11-2; 13-1; 13-2) derart verschraubt werden, dass zwischen ihren axial gegenüberliegenden Stirnflächen der axialer Spalt (41) mit einer axialen Ausdehnung von 10 μι Μβ 1 mm verbleibt.
9. Verfahren zum Endmontieren zweier mittels einer kraftschlüssigen Kopplung vormontierter Lagerringelemente (11-1 , 1 1-2; 13-1 ; 13-2) eines in einer achsnormalen Trennebene geteilten Lagerrings (1 1 ; 13), wobei wenigstens ein erstes der Lagerringelemente (11-1 , 1 1-2; 13-1 ; 13-2) in der Trennebene eine Stirnseite mit einem Aufnahmeraum (17; 17-1 ; 17-2) aufweist, der mit einem aktivierbaren Expansionsmaterial (18) gefüllt ist, und wobei zwischen den beiden vormontierten Lagerringelementen (11-1, 1 1-2; 13-1; 13-2) ein axialer Spalt (41) vorgesehen ist, mit folgenden Schritten:
Ausrichten der Stirnseiten der vormontierten Lagerringelemente (11-1 , 1 1-2; 13-1; 13-2) in eine gewünschte Relativposition relativ zueinander; und
Form- und/oder stoffschlüssiges Verbinden der ausgerichteten Lagerringelemente (11-1 , 1 1-2; 13-1 ; 13-2) bei der Endmontage durch Aktivierung des aktivierbaren Expansionsmaterials (18) in dem Aufnahmeraum (17; 17-1; 17-2).
Das Verfahren zum Endmontieren nach Anspruch 9, wobei bei dem Ausrichten ein axialer Spalt zwischen der mit dem Aufnahmeraum (17) versehenen Stirnseite des ersten Lagerringelements (11-1; 13-1) und einer Stirnseite eines zweiten Lagerringelements (11-2; 13-2) geschlossen wird, um das erste und zweite Lagerringelement (11-1, 1 1-2; 13-1; 13-2) in der Trennebene (16) zu einem Lagerring (11 ; 13) zu fügen.
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