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Dokumentenidentifikation DE10120489C2 07.08.2003
Titel Scheibenkäfig für ein Wälzlager und Verfahren zum Einbau eines Scheibenkäfigs in ein Wälzlager
Anmelder AB SKF, Göteborg, SE
Erfinder Weidinger, Alfred, 97464 Niederwerrn, DE;
Reichert, Jürgen, 97499 Donnersdorf, DE;
Rößner, Sonja, 97516 Oberschwarzach, DE
Vertreter Gosdin, M., Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 97422 Schweinfurt
DE-Anmeldedatum 24.04.2001
DE-Aktenzeichen 10120489
Offenlegungstag 21.11.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse F16C 33/46
IPC-Nebenklasse F16C 33/44   F16C 33/56   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen ungeschlitzten Scheibenkäfig für ein Wälzlager, insbesondere für ein Zylinderrollenlager, der eine Anzahl von Taschen für die Führung von Wälzkörpern aufweist und im Betriebszustand des Lagers in einer Nut im Innen- oder Außenring des Wälzlagers angeordnet ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbau eines ungeschlitzten Scheibenkäfigs in ein Wälzlager.

Scheibenkäfige als Führungselemente für die Wälzkörper in einem Wälzlager sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Diesbezüglich wird beispielsweise auf die DE 197 36 374 A1 hingewiesen.

Seit einiger Zeit sind spezielle metallische Legierungen bekannt, die als "Memory- bzw. Gedächtnis-Legierungen" bekannt geworden sind. Diese Legierungen lassen sich bei einer Temperatur von ca. 20°C unterhalb ihrer sogenannten Umwandlungstemperatur stark plastisch verformen. Bei Erwärmung auf die Umwandlungstemperatur nehmen sie wieder ihre vorherige geometrische Form an. Sie "erinnern" sich gewissermaßen an ihre alte Gestalt, woraus die Bezeichnung dieser Art von Legierungen resultiert. Aus metallurgischer Sicht lässt sich der Memory-Effekt als eine spannungsinduzierte reversible Gefügeumwandlung erklären. Die Umwandlungen erfolgen in einem Temperaturbereich, der sehr stark von der Zusammensetzung der Legierung abhängig ist und dadurch systematisch beeinflusst werden kann. Physikalisch gesehen findet ein Übergang von einer orthorhombisch-unsymmetrischen Legierungsphase (bei niedriger Temperatur) zu einer kubisch-symmetrischen Phase (bei höherer Temperatur) statt.

Anwendungen für derartige Formgedächtnis-Legierungen sind beispielsweise aus der DE 41 22 123 A1 und aus der DE 37 27 151 A1 bekannt.

Für Käfige von Wälzlagern wurde diese Art von Legierung bislang nicht eingesetzt, was insbesondere auch darauf zurückzuführen ist, dass es sich bei den beschriebenen Legierungen um relativ weiche Metalle handelt. Allerdings lässt sich der Memory-Effekt in vorteilhafter Weise für Scheibenkäfig von Wälzlagern verwenden. Diese müssen in der Regel in einer Nut im Innen- bzw. Außenring des Lagers geführt werden, was es erforderlich macht, dass entweder zwecks Montage des Scheibenkäfigs der Innen- oder Außenring des Lagers gesprengt und anschließend - nach dem Einlegen des Scheibenkäfigs - wieder zusammengesetzt werden müssen oder dass die Federelastizität des Scheibenkäfigs zur Montage genutzt wird.

Spezielle Maßnahmen, die bei der Montage eines Käfigs eines Wälzlagers getroffen werden, sind beispielsweise aus der US 3,399,008 und der US 2,741,015 bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Scheibenkäfig der vorbekannten Art derart auszubilden, dass eine Montage erfolgen kann, bei der weder eine Beschädigung der Lagerringe notwendig ist, noch auf die begrenzte Federelastizität des Scheibenkäfigs abgestellt werden muß.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkäfig zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einer Memory-Legierung besteht, die abhängig von ihrer Temperatur den Scheibenkäfig zwei verschiedene geometrische Ausgestaltungen einnehmen lässt.

Erfindungsgemäß ist der Scheibenkäfig also aus einer Memory- bzw. Gedächtnis- Legierung hergestellt, wobei die Nutzung des Memory-Effekts zur Montage genutzt werden kann.

Bei den in Rede stehenden Legierungen handelt es sich bevorzugt um solche aus Nickel und Titan, aus Kupfer, Aluminium und Zink, aus Gold und Kadmium bzw. aus Eisen und Platin.

Die Legierung ist sinnvollerweise so ausgewählt, dass die benötigte Positionsänderung bei einer Temperatur über 40°C, vorzugsweise bei ca. 50°C, erfolgt.

Das Verfahren zum Einbau des ungeschlitzten Scheibenkäfigs in das Wälzlager, wobei der Scheibenkäfig aus der genannten Memory-Legierung besteht und der Scheibenkäfig im Betrieb des Wälzlagers in eine Nut des Außenrings des Wälzlagers eingesetzt ist, weist folgende Schritte auf:

  • a) Herstellung des Scheibenkäfigs gemäß einer Geometrie, die der Arbeitsposition des Scheibenkäfigs entspricht;
  • b) Plastisches Verformen des Scheibenkäfigs von der gemäß Schritt a) vorliegenden Geometrie in eine zweite geometrische Ausgestaltung, in der der Außendurchmesser des Scheibenkäfigs kleiner oder gleich des Durchmessers des Bordes des Außenringes bzw. des Durchmessers der Laufbahn des Außenringes ist, in den die den Scheibenkäfig aufnehmende Nut eingebracht ist;
  • c) Positionieren des Scheibenkäfigs in den Bereich der Nut;
  • d) Erwärmung zumindest des Scheibenkäfigs auf eine erhöhte Temperatur.

Entsprechend wird vorgegangen, wenn der Scheibenkäfig statt in einer Nut im Außenring in einer Nut im Innenring angeordnet werden soll.

Die erhöhte Temperatur liegt bevorzugt über 40°C. Die Herstellung des Scheibenkäfigs gemäß obigem Schritt a) erfolgt weiterhin bevorzugt bei einer relativ zur erhöhten Temperatur erniedrigten Temperatur von weniger als 30°C, insbesondere bei Umgebungstemperatur.

Grundgedanke dieses Verfahrens ist also auch wieder, dass gezielt der Memory- Effekt der verwendeten und oben beschriebenen Legierung ausgenutzt wird: Nach Herstellung des Scheibenkäfigs und seiner geometrischen Ausgestaltung gemäß der benötigten Endkontur erfolgt eine plastische Verformung der Gestalt, dass der Käfig - ohne den Innen- oder Außenring des Lagers sprengen bzw. ohne ihn elastisch verformen zu müssen - in den Bereich der Nut eingelegt werden kann. Durch Erwärmung, zumindest des Käfigs selber, "erinnert" sich die Legierung an die ursprüngliche Form des Scheibenkäfigs und dehnt sich auf die benötigte Endkontur wieder aus.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 den Schnitt durch ein Wälzlager mit in diesem montierten Scheibenkäfig,

Fig. 2 die Seitenansicht des Scheibenkäfigs unmittelbar vor dem Einsetzen in die Nut im verformten Zustand.

Das in Fig. 1 dargestellte Wälzlager 2 ist als Zylinderrollenlager ausgebildet und weist einen Innenring 6, Wälzkörper 4 sowie einen Außenring 7 auf. Der Außenring 7 hat zur axialen Führung der Wälzkörper 4 sich radial erstreckende Borde 8. Die einzelnen Wälzkörper 4 werden durch einen Scheibenkäfig 1 geführt, der eine entsprechend der Anzahl der Wälzkörper 4 gleiche Anzahl von Aufnahmetaschen aufweist, die in Fig. 2 zu sehen sind. Der Scheibenkäfig 1 ist in einer Nut 5 axial festgelegt, die in die Lauffläche des Außenrings 7 eingearbeitet ist.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, weist der Außenring einen Durchmesser der Laufbahn DA sowie einen Durchmesser des Bordes DB auf. Der Scheibenkäfig 1 hat im montierten Zustand einen Außendurchmesser DK. Der Durchmesser des Nutgrundes ist mit DN gekennzeichnet. Daraus ergibt sich, dass die Montage des Scheibenkäfigs 1 in den Außenring 7 des Wälzlagers 2 besondere Maßnahmen erfordert. Vorbekannt im Stand der Technik ist es, den Außenring axial zu sprengen, den Scheibenkäfig einzusetzen und dann die beiden Teile des Außenrings wieder zu verbinden. Eine andere Möglichkeit der Montage des Scheibenkäfigs besteht darin, diesen geschlitzt auszuführen und ihn durch elastische Verformung in die Nut 5 einzusetzen.

Gemäß der Erfindung wird indes wie folgt vorgegangen:

Nach der Herstellung des Scheibenkäfigs 1 gemäß der Geometrie, die seiner Arbeitsposition entspricht, wird der Käfig plastisch verformt. Die sich ergebende Kontur ist in Fig. 2 zu sehen. Der Käfig 1 ist jetzt radial derart zusammengedrückt, dass der größte Durchmesser des Käfigs nur noch derjenige des Bordes DB ist, so dass es nunmehr problemlos möglich ist, den Käfig - ohne, dass die Lagerringe beschädigt oder er selber elastisch deformiert wird - über die Borde 8 axial in die Position einzuschieben, in der er sich über der Nut 5 befindet. Durch Erwärmung des Käfigs 1 auf eine erhöhte Temperatur von 50°C "erinnert" sich das Käfigmaterial (bevorzugt eine CuAlZn-Legierung) an die ursprüngliche Geometrie, so dass er sich in die Position erstreckt, die in Fig. 1 zu sehen ist.

Dadurch wird es möglich, ohne die im Stand der Technik bekannten Nachteile den Scheibenkäfig in seine Arbeitsposition zu bringen.

Eine weitere Vereinfachung des Montageprozesses ergibt sich dann, wenn wie folgt vorgegangen wird: Nach Einbringung des Scheibenkäfigs 1 in den Bereich der Nut 5 - also nach entsprechender Erwärmung des Scheibenkäfigs - werden die einzelnen Wälzkörper in die Aufnahmetaschen 3 eingeschnappt. Dadurch kann es zu plastischen Verformungen der Aufnahmetaschen kommen. Diese können dadurch "rückverformt" werden, indem erneut eine Temperaturerhöhung erfolgt. Die Aufnahmetaschen 3 schließen sich dadurch gemäß der Endkontur des Scheibenkäfigs um die vormontierten Wälzkörper 4, so dass diese gut geführt sind und sich ein reduzierter Rollendurchhang ausbildet. Dadurch ist die Montage des Innenrings erleichtert. Bezugszeichenliste 1 Scheibenkäfig

2 Wälzlager

3 Aufnahmetaschen

4 Wälzkörper

5 Nut

6 Innenring

7 Außenring

8 Bord des Außenrings

Thoch ;erste erhöhte Temperatur

Ttief zweite erniedrigte Temperatur (Umgebungstemperatur)

DN Durchmesser des Nutgrundes

DK Außendurchmesser des Scheibenkäfigs

DA Durchmesser der Laufbahn des Außenrings

DB Durchmesser des Bordes des Außenrings


Anspruch[de]
  1. 1. Ungeschlitzter Scheibenkäfig (1) für ein Wälzlager (2), der eine Anzahl von Taschen (3) für die Führung von Wälzkörpern (4) aufweist und im Betriebszustand des Lagers (2) in einer Nut (5) im Innen- (6) oder Außenring (7) des Wälzlagers (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheibenkäfig (1) zumindest teilweise aus einer Memory-Legierung besteht, die abhängig von ihrer Temperatur den Scheibenkäfig (1) zwei verschiedene geometrische Ausgestaltungen einnehmen lässt.
  2. 2. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Nickel (Ni) und Titan (Ti) aufweist.
  3. 3. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Kupfer (Cu), Aluminium (Al) und Zink (Zn) aufweist.
  4. 4. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Gold (Au) und Kadmium (Cd) aufweist.
  5. 5. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung Eisen (Fe) und Platin (Pt) aufweist.
  6. 6. Scheibenkäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung so ausgewählt ist, daß die Positionsänderung bei einer Temperatur über 40°C, vorzugsweise bei ca. 50°C, erfolgt.
  7. 7. Verfahren zum Einbau eines ungeschlitzten Scheibenkäfigs (1) in ein Wälzlager (2), wobei der Scheibenkäfig (1) zumindest teilweise aus einer Memory- Legierung besteht, die abhängig von ihrer Temperatur den Scheibenkäfig (1) zwei verschiedene geometrische Ausgestaltungen einnehmen lässt, und wobei der Scheibenkäfig (1) im Betrieb des Wälzlagers (2) in eine Nut (5) des Außenrings (7) des Wälzlagers (2) eingesetzt ist, mit den Schritten:
    1. a) Herstellung des Scheibenkäfigs (1) gemäß einer Geometrie, die der Arbeitsposition des Scheibenkäfigs (1) entspricht;
    2. b) plastisches Verformen des Scheibenkäfigs (1) von der gemäß Schritt a) vorliegenden Geometrie in eine zweite geometrische Ausgestaltung, in der der Außendurchmesser (DK) des Scheibenkäfigs (1) kleiner oder gleich des Durchmessers (DB) des Bordes (8) des Außenringes (7) bzw. des Durchmessers (DA) der Laufbahn des Außenringes (7) ist, in den die den Scheibenkäfig (1) aufnehmende Nut (5) eingebracht ist;
    3. c) Positionieren des Scheibenkäfigs (1) in den Bereich der Nut (5);
    4. d) Erwärmung zumindest des Scheibenkäfigs (1) auf eine erhöhte Temperatur (Thoch).
  8. 8. Verfahren zum Einbau eines ungeschlitzten Scheibenkäfigs (1) in ein Wälzlager (2), wobei der Scheibenkäfig (1) zumindest teilweise aus einer Memory- Legierung besteht, die abhängig von ihrer Temperatur den Scheibenkäfig (1) zwei verschiedene geometrische Ausgestaltungen einnehmen lässt, und wobei der Scheibenkäfig (1) im Betrieb des Wälzlagers (2) in eine Nut des Innenrings (6) des Wälzlagers (2) eingesetzt ist, mit den Schritten:
    1. a) Herstellung des Scheibenkäfigs (1) gemäß einer Geometrie, die der Arbeitsposition des Scheibenkäfigs (1) entspricht;
    2. b) plastisches Verformen des Scheibenkäfigs (1) von der gemäß Schritt a) vorliegenden Geometrie in eine zweite geometrische Ausgestaltung, in der der Innendurchmesser des Scheibenkäfigs (1) größer oder gleich des Durchmessers des Bordes des Innenringes (6) bzw. des Durchmessers der Laufbahn des Innenringes (6) ist, in den die den Scheibenkäfig (1) aufnehmende Nut eingebracht ist;
    3. c) Positionieren des Scheibenkäfigs (1) in den Bereich der Nut;
    4. d) Erwärmung zumindest des Scheibenkäfigs (1) auf eine erhöhte Temperatur (Thoch).
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erhöhte Temperatur (Thoch) über 40°C liegt.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Scheibenkäfigs gemäß Schritt a) von Anspruch 7 bzw. Anspruch 8 bei einer relativ zur erhöhten Temperatur erniedrigten Temperatur (Ttief) von weniger als 30°C erfolgt, insbesondere bei Umgebungstemperatur.






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