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Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig, der eine ringförmige Struktur bildet, in die eine Anzahl Aufnahmetaschen für Wälzkörper eingearbeitet ist.
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Wälzlagerkäfige dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
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Bei geringen Stückzahlen und bei sehr großen Käfigen ist die Herstellung desselben sehr teuer und zeitaufwendig, da - gemessen an den Stückzahlen - sehr hohe Werkzeugkosten entstehen. Zudem ist der Materialeinsatz an Blech gegenüber dem Gewicht des fertigen Käfigs sehr hoch, da als Ausgangsform eine Blechronde oder gewalzte Ringrohlinge verwendet werden.
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Die Beschaffung von Blechmaterial erfordert in den meisten Fällen ab einer Zuschnittsgröße über 1,5 m eine gewisse Mindestbestellmenge, was zur Unwirtschaftlichkeit der Käfigfertigung führt. Neben den hohen Kosten sind auch entsprechend lange Lieferzeiten bei großen Umformwerkzeugen in Kauf zu nehmen.
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Es gibt nur wenige Hersteller, die sehr große Käfige (Außendurchmesser von über 1,5 m) aus einem Käfigrohling aus Blech durch Drückwalzen herstellen können.
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Eine weitere Problematik stellt die Blechdicke dar, da ab ca. 12 mm Blechdicke die Aufnahmetaschen nicht mehr durch Laserschneiden herstellbar sind und teilweise das Gewicht des gedrückten Topfrohlings denjenigen Wert übersteigt, der auf den für die Laserbearbeitung erforderlichen Rundschalttischen bearbeitbar ist. Wasserstrahlschneiden ist oft auch nicht möglich, da ein Topfrohling in einer Wasserstrahlanlage nur schwer zu handhaben ist und ein zusätzlicher Prallschutz notwendig wird.
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Weiterhin gibt es kaum Pressen, mit denen in einen Käfig mit einem Außendurchmesser über 1,2 m Aufnahmetaschen gestanzt werden können.
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Aus den genannten Gründen werden daher bei großen Durchmessern die Käfige meist aus dem Vollen gefertigt, d. h. durch Dreh- und Fräsoperationen an einem gewalzten Ringrohling. Diese Fertigungsart ist sehr teuer und benötigt einen erheblichen Materialbedarf.
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Es können also nur Käfige bis ca. 10 mm Blechdicke und ca. 1,2 m Außendurchmesser durch Drückwalzen mit anschließendem Stanzen und Prägen der Taschen hergestellt werden. Alternativ können die Taschen durch Laserschneiden gefertigt werden. Größere Käfige können bislang indes nur aus dem Vollen spanend gefertigt werden. Alternativ kann die Bauart des Bolzenkäfigs verwendet werden, sofern es die Anwendung zulässt. Ein Blechkäfig in Bolzenbauweise für ein klein bzw. normal bemaßtes Lager ist beispielsweise aus der
US 2,668,743 A bekannt. Dieser Druckschrift offenbart einen Lagerkäfig, bei dem der Lagerkäfig einen flexiblen Metallstreifen als Seitenring aufweist von dem aus sich axial erstreckende Schaftabschnitte ausgebildet sind, auf die die Wälzkörper aufgesteckt werden. Auf der dem Metallstreifen entgegengesetzten Seite sind in den Schaftabschnitten Löcher ausgebildet, durch die ein Draht gefädelt wird, um die Wälzkörper auf dem Schaftabschnitt zu halten. Ein derartiger Käfig kann allerdings nur für klein bemaßte Lager verwendet werden, da bei großen Wälzlagern eine Verbiegung des kammartigen Blechstreifens in eine runde Käfigform mit Hilfe des Drahtes nicht mehr möglich ist.
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Im Lichte der vorstehenden Problematik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Wälzlagerkäfig so auszugestalten, dass es möglich ist, ihn auch mit sehr großem Außendurchmesser kostengünstig herzustellen.
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Der gattungsgemäße Wälzlagerkäfig umfasst einen streifenförmigen Materialabschnitt, der zu einem Ring geformt ist, wobei der zum Ring geformte streifenförmige Materialabschnitt durch mindestens ein zumindest teilweise um den Umfang des Rings umlaufendes Halteelement in seiner Ringform gehalten wird. Dabei verläuft das mindestens eine Halteelement mäanderförmig abwechselnd an der Außenseite des Rings und an der Innenseite des Rings. In diesem Falle sind vorzugsweise in den Ring Bohrungen eingearbeitet, die zum Durchtritt des Halteelements dienen.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der streifenförmige Materialabschnitt aus mehreren Segmenten besteht, die zusammen den Ring bilden. So können auch sehr große Käfige aus einfach zu fertigenden Materialabschnitten zusammengesetzt werden.
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Bevorzugt ist das mindestens eine Halteelement ein Kabel, ein Seil oder ein Draht. Es läuft dabei vorzugsweise um den gesamten Umfang des Rings um.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein erstes Halteelement im axialen Bereich zwischen den Aufnahmetaschen und dem einen axialen Ende des Rings und ein zweites Halteelement im axialen Bereich zwischen den Aufnahmetaschen und dem anderen axialen Ende des Rings angeordnet ist.
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Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass am Ring eine Anzahl Halteösen angeordnet sind, die zum Durchtritt und zur Führung des mindestens einen Halteelements dienen. Die Halteösen sind dabei bevorzugt aus dem Material des streifenförmigen Materialabschnitts ausgeformt.
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Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass aus einem ebenen Blechstreifen per Laserstrahlschneiden oder per Wasserstrahlschneiden eine solche Kontur ausgeschnitten wird, die die Halteösen mit ausbildet. Die Halteösen können dann in die benötigte bestimmungsgemäße Lage aus der Ebene des Blechstreifens herausgebogen werden.
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Der streifenförmige Materialabschnitt besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Blech.
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Vorzugsweise ist der streifenförmige Materialabschnitt in seinen Endbereichen jeweils mit einer Endprofilierung versehen, wobei die beiden Endprofilierungen kongruent zueinander ausgebildet sind und komplementär zusammengesetzt werden können.
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Der vorgeschlagene Wälzlagerkäfig kommt besonders bevorzugt als Kegelrollenlagerkäfig oder als Zylinderrollenlagerkäfig zum Einsatz.
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Er weist bevorzugt einen Außendurchmesser auf, der mindestens 1.000 mm beträgt, vorzugsweise mindestens 2.000 mm.
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Bleche bzw. Blechsegmente entsprechend der vorliegenden Erfindung können in einfacher Weise aus Tafeln oder Coils leicht durch Laser- oder Wasserstrahlschneiden - alternativ auch durch Stanznippeln oder Fräsen - hergestellt werden. Der Materialeinsatz ist vergleichsweise gering. Es fallen so gut wie keine Werkzeugkosten an. Das Aufwickeln der Konusse (insbesondere im Falle von Kegelrollenlagerkäfigen) - also die Formung des streifenförmigen Materialabschnitts zum Ring - kann mit herkömmlichen Rollbiegevorrichtungen geschehen.
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Durch die Abwicklung des Käfigmantels (d. h. durch den streifenförmigen Materialabschnitt) liegt in den meisten Fällen die Blechbreite unter 1,5 m. Hierdurch sind Mindestbestellmengen (meist 25 t) nicht mehr notwendig. Solche Käfige können somit sehr schnell und kostengünstig hergestellt werden, da große Werkzeuge mit langen Lieferzeiten nicht erforderlich sind.
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Die Erfindung ermöglicht es somit, auch sehr große Käfige mit geringen Werkzeugkosten und Materialbedarf wirtschaftlich herzustellen.
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Ein technischer Vorteil ist auch die Möglichkeit, die Käfige ohne teure Montagevorrichtungen (Einziehglocke) zu verbauen, da der offene Konus (namentlich in segmentierter Bauweise) von außen über die Rollen montiert und geschlossen werden kann (mittels des Halteelements in Form eines Seil, eines Kabels bzw. eines Drahts). Auch ist es bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung generell möglich, den Käfig zerstörungsfrei wieder zu demontieren.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Wälzlagerkäfigs eines Kegelrollenlagers,
- 2 die Seitenansicht des Käfigs gemäß 1,
- 3 die Einzelheit „C“ gemäß 2,
- 4 die Draufsicht des Käfigs gemäß 1,
- 5 den Schnitt A-A gemäß 2,
- 6 die Draufsicht auf einen ebenen streifenförmigen Materialabschnitt, aus dem ein Ring geformt wird, der Bestandteil des Wälzlagerkäfigs gemäß 1 ist,
- 7 die Einzelheit „D“ gemäß 6,
- 8 den Schnitt B-B gemäß 7,
- 9 eine perspektivische Darstellung eines alternativen Wälzlagerkäfigs eines Kegelrollenlagers,
- 10 die Seitenansicht des Käfigs gemäß 9,
- 11 die Einzelheit „A“ gemäß 10,
- 12 den Schnitt C-C gemäß 10,
- 13 den Endabschnitt des streifenförmigen Materialabschnitts mit ausgeschnittenen Halteösen, noch in der Ebene des streifenförmigen Materialabschnitts liegend,
- 14 in perspektivischer Darstellung einen Teilschnitt des Endabschnitts gemäß 13 mit in die Benutzungslage herausgebogenen Halteösen,
- 15 den Endabschnitt des streifenförmigen Materialabschnitts analog zu 13 in einer alternativen Ausgestaltung mit ausgeschnittenen Halteösen, noch in der Ebene des streifenförmigen Materialabschnitts liegend,
- 16 die zusammenwirkenden Enden des zum Ring gebogenen streifenförmigen Materialabschnitts in der Seitenansicht mit in die Benutzungslage gebogenen Halteösen,
- 17 in perspektivischer Darstellung die umfangsseitigen Enden des streifenförmigen Materialabschnitts mit jeweiligen Endprofilierung,
- 18 die Ansicht „Y“ gemäß 17 auf das eine umfangsseitige Ende des streifenförmigen Materialabschnitts,
- 19 die Andeutung des Montagevorgangs der beiden umfangsseitigen Enden des streifenförmigen Materialabschnitts in verschiedenen Montagestadien,
- 20 die verbundenen umfangsseitigen Enden des streifenförmigen Materialabschnitts gemäß einer Verbindungsmöglichkeit mittels einiger Verbindungskabel,
- 21 die Darstellung gemäß 20 ohne Verbindungskabel,
- 22 den Schnitt A-A gemäß 20,
- 23 in perspektivischer Darstellung die verbundenen umfangsseitigen Enden des streifenförmigen Materialabschnitts gemäß 20,
- 24 das eine umfangsseitige Ende des streifenförmigen Materialabschnitts gemäß 20,
- 25 den Schnitt B-B gemäß 24,
- 26 das andere umfangsseitige Ende des streifenförmigen Materialabschnitts gemäß 20 und
- 27 den Schnitt C-C gemäß 26.
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In den 1 bis 16 ist ein Wälzlagerkä1 in Form eines Kegelrollenlagerkäfigs bzw. dessen Einzelteile dargestellt.
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Der Wälzlagerkä1, wie er in 1 perspektivisch dargestellt ist, weist eine ringförmige Grundkontur auf, die über den Umfang verteilt Aufnahmetaschen 2 für - nicht dargestellte - Wälzkörper hat. Der Wälzlagerkä1 besteht dabei im wesentlichen aus einem Ring 4, der aus einem streifenförmigen Materialabschnitt 3 (s. 6) besteht, indem Letzterer von seiner zunächst ebenen Grundform zum Ring 4 gebogen wurde.
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Der Ring 4 ist also aus einem ebenen streifenförmigen Materialabschnitt 3 geformt, die als ebene Struktur gemäß 6 gefertigt wird, beispielsweise durch Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden. Dieser streifenförmige Materialabschnitt 3 ist dann zum Ring 4 gebogen worden, wie sich beispielsweise aus 1 ergibt.
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Damit der Ring 4 in seiner bestimmungsgemäßen Position verbleibt, sind zwei Halteelemente 5 und 6 in Form eines Draht vorgesehen, wobei im Ausführungsbeispiel die beiden Halteelemente 5, 6 vollumfänglich um den Umfang des Rings 4 umlaufen; nicht näher dargestellt ist, dass die Halteelemente 5, 6 an ihren zusammenstoßenden Endstellen miteinander verbunden sind, wozu geeignete und an sich bekannte Mittel eingesetzt werden.
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Wie aus den Detaildarstellungen und insbesondere aus 3 gesehen werden kann, ist dabei je ein Halteelement 5 bzw. 6 in den axialen Endbereichen des Rings 4 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel verläuft ein Halteelemente 5 im axialen Bereich des Rings 4, der zwischen dem oberen Ende der Aufnahmetasche 2 und dem einen axialen Ende 7 des Rings 4 liegt; das andere Halteelements 6 verläuft im axialen Bereich des Rings, der zwischen dem unteren Ende der Aufnahmetasche 2 und dem anderen axialen Ende 8 des Rings 4 liegt.
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Wie am besten in 5 erkannt werden kann, laufen dabei die beiden Halteelemente 5, 6 mäanderförmig abwechselnd zwischen der Außenseite 9 des Rings 4 und der Innenseite 10 des Rings 4. Hierzu sind Bohrungen 11 (siehe hierzu am besten 8) vorgesehen, die zum Durchtritt des Halteelements 5, 6 dienen. Die Bohrungsachse schließt dabei bevorzugt - wie am besten aus 8 hervorgeht - zur radialen Richtung r einen Winkel zwischen 45° und 70° ein. Dadurch wird das Halteelement beim Hindurchfädeln durch die Bohrungen 11 nur geringfügig geknickt.
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Während in den 1 bis 8 eine Lösung skizziert ist, bei denen das Halteelement 5, 6 durch besagte Bohrungen 11 geführt wird, zeigen die 9 bis 16 ein anderes Ausführungsbeispiel, das auf Halteösen 12 abstellt, die in den axialen Endbereichen 7, 8 des Rings 4 angeordnet sind.
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In den 11 bis 14 ist hierzu zu erkennen, dass die Halteösen 12 zunächst - siehe hierzu 13 - aus dem Material des streifenförmigen Materialabschnitts 13 freigeschnitten werden; in 13 ist der insoweit fertig (per Laserstrahlschneiden oder Wasserstrahlschneiden hergestellte) ebene streifenförmige Materialabschnitt 3 zu sehen. Aus diesem werden dann die freigeschnittenen Halteösen 12 aus der Ebene des Materialabschnitts 3 heraus gebogen, so dass die Halteösen 12 die Stellung einnehmen, wie sie 14 zeigt.
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Eine alternative Ausgestaltung der Halteösen 12 geht aus den 15 und 16 hervor. Im Unterschied zur Lösung gemäß 13 liegen die Halteösen 12 hier nicht innerhalb der streifenförmigen Kontur des Materialabschnitts 3, sondern außerhalb derselben. Ist die in 15 dargestellte ebene Struktur geschnitten, wird durch zweimaliges Umbiegen der seitlich aus dem Streifen herausragenden Materialabschnitte die Halteöse 12 in die in 16 skizzierte Stellung gebracht, in der dann das Halteelement 5, 6 durch die Halteöse 12 hin durchgeführt werden kann; die Halteöse 12 bildet dabei eine Bohrung für das Halteelement 5, 6, die in Umfangsrichtung des Rings 4 verläuft.
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Für den Ring 4 gilt, dass er nicht zwingend aus einem einzigen Materialabschnitt bestehen muss; es kann auch eine segmentierte Ausgestaltung (d. h. eine Herstellung aus mehreren Umfangsteilen) vorgesehen werden, was besonders bei sehr großen Durchmessern des Käfigs vorteilhaft ist.
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In den 17 bis 27 sind Details der vorgeschlagenen Ausgestaltung des Wälzlagerkä1 exemplarisch ersichtlich, die sich mit der Verbindung der beiden Umfangsenden des streifenförmigen Materialabschnitts 3 zum Ring 4 beschäftigen.
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An den Stoßstellen des streifenförmigen Materialabschnitts 3, die es gilt, miteinander zu verbinden, sind Endprofilierungen 13 bzw. 14 vorgesehen (siehe am besten hierzu 17). Dabei sind beliebige Formen komplementär zusammenwirkender Profile möglich, die nach dem Zusammenfügen der Enden des streifenförmigen Materialabschnitts 3 nicht nur eine ungestörte Ringkontur bilden, sondern in Umfangsrichtung eventuell auch einen Hinterschnitt bilden können, der sicherstellt, dass sich die beiden Enden im montierten Zustand des Wälzlagerkä1 nicht mehr voneinander lösen können.
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Aus der Zusammenschau der 17 und 18 wird ersichtlich, dass hier hinterschnittsbehaftete Formen vorliegen, die die beiden Enden des streifenförmigen Materialabschnitts 3 sowohl in Umfangsrichtung als auch in axiale Richtung in der gewünschten Endlage festlegen.
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Die in 17 dargestellten Profile erlauben auch eine einfache Montage des streifenförmigen Materialabschnitts 3 zum Ring 4, wie sich aus der Abfolge der Prozessschritte gemäß 19 ergibt.
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In den 20 bis 27 sind andere Möglichkeiten skizziert, wie die umfangsseitigen Enden des streifenförmigen Materialabschnitts 3 verbunden werden können. Auch hier sind komplementär gestaltete Endprofilierungen 13 und 14 vorgesehen (siehe insbesondere 21), die das fluchtende Zusammenfügen der Enden des Materialabschnitts 3 erlauben und sicherstellen.
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Gemäß der in den genannten Figuren dargestellten Lösung werden die Umfangsenden hier allerdings durch Kabel 20 miteinander verbunden, die in den umfangsseitigen Endbereichen des Materialabschnitts 3 bzw. des Rings 4 angeordnet sind und die die beiden Enden zusammenhalten.
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Die Kabel 20 sind in den jeweiligen Endbereichen des Materialabschnitts 3 verankert, wozu verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung stehen. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 20 bis 27 sind Ausnehmungen 21 in die Endbereiche des Materialabschnitts 3 eingearbeitet, in denen die Kabel 20 fixiert werden. Hierzu ist im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das eine Ende des Kabels mit einer Verdickung 22 (z. B. in Form aufgegossener Kugeln) versehen ist, so dass das Kabel 20 mit seinem einen Ende Halt im einen Endbereich des Materialabschnitts 3 findet. Das andere Ende des Kabels 20 kann mittels eines Ankerelements 23 in der jeweiligen Ausnehmung 21 im anderen Endbereich des Materialabschnitts 3 fixiert werden.
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Um das eine Ende des Kabels 20 mit Formschluss festzulegen, können auch Presshülsen 24 (siehe 23) am Ende des Kabels 20 befestigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlagerkäfig
- 2
- Aufnahmetasche
- 3
- streifenförmiger Materialabschnitt
- 4
- Ring
- 5
- Halteelement (Seil, Kabel, Draht)
- 6
- Halteelement (Seil, Kabel, Draht)
- 7
- axiales Ende
- 8
- axiales Ende
- 9
- Außenseite des Rings
- 10
- Innenseite des Rings
- 11
- Bohrung
- 12
- Halteöse
- 13
- Endprofilierung
- 14
- Endprofilierung
- 20
- Kabel / Draht / Seil
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Verdickung
- 23
- Ankerelement
- 24
- Presshülse
- r
- radiale Richtung
- a
- axiale Richtung
