| 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
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| IPC-Nebenklasse |
F16C 33/44
F16C 33/56
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| Beschreibung[de] |
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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
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| Anspruch[de] |
- 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. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung
Nickel (Ni) und Titan (Ti) aufweist.
- 3. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung
Kupfer (Cu), Aluminium (Al) und Zink (Zn) aufweist.
- 4. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung
Gold (Au) und Kadmium (Cd) aufweist.
- 5. Scheibenkäfig nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung
Eisen (Fe) und Platin (Pt) aufweist.
- 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. 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:
- a) Herstellung des Scheibenkäfigs (1) gemäß einer Geometrie, die der
Arbeitsposition des Scheibenkäfigs (1) entspricht;
- 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;
- c) Positionieren des Scheibenkäfigs (1) in den Bereich der Nut (5);
- d) Erwärmung zumindest des Scheibenkäfigs (1) auf eine erhöhte Temperatur
(Thoch).
- 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:
- a) Herstellung des Scheibenkäfigs (1) gemäß einer Geometrie, die der
Arbeitsposition des Scheibenkäfigs (1) entspricht;
- 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;
- c) Positionieren des Scheibenkäfigs (1) in den Bereich der Nut;
- d) Erwärmung zumindest des Scheibenkäfigs (1) auf eine erhöhte Temperatur
(Thoch).
- 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
erhöhte Temperatur (Thoch) über 40°C liegt.
- 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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