WÄLZLAGER MIT IN MEHREREN KÄFIGSEGMENTEN ANGEORDNETEN WÄLZKÖRPERN Die Erfindung betrifft ein Wälzlager mit mindestens einem Innenring und mindestens einem Außenring, wobei zwischen den Lagerringen eine Anzahl Wälzkörper mit einem Durchmesser angeordnet sind, wobei die Wälzkörper durch einen Käfig gehalten werden, wobei der Käfig aus einer Anzahl Käfigsegmenten besteht, wobei jedes Käfigsegment aus einer rahmenförmigen Struktur besteht, bei der mehrere seitliche Begrenzungswände eine Aufnahmetasche für einen Wälzkörper bilden, wobei die Aufnahmetasche so dimensioniert ist, dass im lastfreien Zustand des Wälzlagers am Teilkreis des Wälzlagers zwischen den dem Wälzkörper zugewandten Seitenflächen der Aufnahmetasche und dem von der Aufnahmetasche aufgenommenen Wälzkörper ein Spiel in Umfangsrichtung des Wälzlagers vorliegt.

Ein gattungsgemäßes Wälzlager ist aus der WO 2012/076583 A2 bekannt. Statt eines klassischen einstückigen Lagerkäfigs wird hier der Käfig durch eine Anzahl Käfigsegmente gebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders gute Eignung für große Kegelrollenlager besteht und die hier auftretenden Belastungen besonders gut aufgenommen werden können. Des weiteren können die einzelnen Käfigsegmente gut montiert werden; gleichzeitig kann ein geringes Käfiggewicht erreicht werden. Die Ausbildung der Käfigsegmente ermöglicht eine sichere Aufnahme des Wälzkörpers und eine zuverlässige Führung des Käfigsegments am Wälzkörper. Die Käfigsegmente kommen dabei bei bestimmungsgemäßer Benutzung nicht in Berührung; sie sind nicht miteinander verbunden. Weitere ähnliche und auch andere Lösungen offenbaren die US 2012/0082409 AI, die DE 10 2006 022 951 AI, die DE 11 2009 002 624 T5, die DE 20 2008 017 091 Ul, die DE 102 46 825 AI, die DE 31 14 325 AI und die JP 2012 026 534 A. Dabei haben sich die genannten segmentierten Käfige insbesondere bei Großlagern bewährt. Zwischen den Käfigsegmenten und den benachbarten Wälzkörpern treten im Betrieb Kräfte auf. Dies sind in Abhängigkeit des Betriebszustands des Wälzlagers sowohl dynamische als auch statische Kräfte. Die Käfigsegmente sollen möglichst dünnwandig sein, um möglichst viele Wälzkörper verwenden zu können, was aber dadurch eingeschränkt ist, dass die Käfige durch die erwähnten Kräfte nicht beschädigt werden dürften.

Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein gattungsgemäßes Lager so fortzubil- den, dass der genannte Nachteil eliminiert werden kann. Demgemäß sollen die Käfigsegmente so gestaltet werden, dass sie einerseits in Umfangsrichtung klein gehalten werden können, um möglichst viele Wälzkörper im Lager unterbringen zu können. Dann sollen sie aber auch so gestaltet werden, dass auch in einem Betriebszustand unter hoher Last keine negativen Auswirkungen auf das Laufverhalten des Lagers auftreten. Dadurch soll sich insgesamt ein verbessertes Laufverhalten des Wälzlagers ergeben.

Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel in jedem Axialschnitt des Wälzlagers der Beziehung genügt:

> C > C] min mit:

min 0,01 * D _w - 0,5 mm und

'max 0,02 * D _w - 0,4 mm, wobei der Durchmesser des Wälzkörpers mindestens 50 mm beträgt.

Das Spiel (in mm) ergibt sich damit im definierten Bereich unter Zugrundlegung des Durchmessers des Wälzkörpers Dw (in mm) im jeweiligen Axialschnitt, sofern der Durchmesser nicht über die axiale Erstreckung des Wälzkörpers ohnehin konstant ist (wie im Falle des Zylinderrollenlagers). Der Durchmesser des Wälzkörpers Dw wird mit den genannten Faktoren (0,01 bzw. 0,02) multipliziert und der jeweils genannte Betrag (0,5 mm bzw. 0,4 mm) abgezogen, um das minimale und das maximale Spiel c zu erhalten.

Bevorzugt nimmt dabei ein Käfigsegment mit seiner Aufnahmetasche einen Wälzkörper auf, wobei ein sich an diesen Wälzkörper in Umfangsrichtung anschließender Wälzkörper von einem Käfigsegment freigehalten ist, so dass sich in einer Aufnahmetasche befindliche Wälzkörper und sich nicht in einer Aufnahmetasche befindliche Wälzkörper in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet sind. Das Käfigsegment weist dabei bevorzugt zwei Anlaufflächen für jeweils einen in Umfangsrichtung angrenzenden Wälzkörper auf.

Im Allgemeinen liegt bei gleichmäßiger Verteilung des Spiels im Wälzlager am Teilkreis des Wälzlagers zwischen der Anlauffläche des Käfigsegments und dem in Umfangsrichtung an das Käfigsegment angrenzenden Wälzkörper ein Spiel in Umfangsrichtung des Wälzlagers vor. Zwischen dem Spiel (c) zwischen den Seitenflächen der Aufnahmetasche und dem in der Aufnahmetasche aufgenommenen Wälzkörper und dem Gesamtspiel (x) (also summiert über den gesamten Umfang) zwischen der Anlauffläche des Käfigsegments und dem in Umfangsrichtung an das Käfigsegment angrenzenden Wälzkörper besteht dabei vorzugsweise die Beziehung: c< 0,2 x.

Die Käfigsegmente können wälzkörpergeführt, laufbahngeführt oder bordgeführt bzw. schultergeführt sein.

Die Käfigsegmente sind bevorzugt als einstückige Kunststoffformteile ausgebildet.

Der Erfindungsvorschlag kommt bevorzugt bei einem Kegelrollenlager oder bei einem Zylinderrollenlager zum Einsatz.

Das erfindungsgemäße Konzept führt zu einer Luft in der Käfigtasche, die so eingestellt ist, dass bei der Belastung des Käfigs im nominellen Betriebszustand der Wälzkörper diese im Inneren des Käfigs frei laufen können, ohne durch den umgebenden Käfig eingeklemmt zu werden. Bei den selten auftretenden Betriebszuständen mit deutlich höheren Belastun- gen dagegen drücken diese Belastungen den Käfig soweit zusammen, dass der Wälzkörper seine Stützwirkung entfaltet und den Käfig vor Beschädigungen schützt. Das Einklemmen des Wälzkörpers unter diesen Bedingungen hat aufgrund der Seltenheit dieser Ereignisse und ihrer kurzen Dauer keinen negativen Effekt auf das weitere Betriebsverhalten des La- gers. Somit wird bei geringeren Gesamtabmessungen eine höhere Sicherheit gegen extreme Betriebszustände erzielt.

Der Wälzkörper hat innerhalb der Tasche des Käfigsegmentes eine definierte Luft (c) in Umfangsrichtung des Lagers. Die Luft ist dabei so gewählt und eingestellt, dass beim Überschreiten einer bestimmten Last auf das Käfigsegment Kontakt zwischen dem in der Aufnahmetasche liegenden Wälzkörper und dem Käfigsegment auftritt, der zu einer zusätzlichen Stützwirkung führt und die Kraftaufnahmefähigkeit des Käfigs verbessert.

Wenn ein größerer Bereich des Lagerumfanges unbelastet ist, werden die Käfigsegmente im jeweils unteren Teil der unbelasteten Zone durch die summierte Masse der darüber liegenden Wälzkörper belastet. Die Luft (c) ist ausreichend groß dimensioniert, so dass es unter diesen Belastungen nicht zu einem Verklemmen des Wälzkörpers innerhalb der Aufnahmetasche kommt. Im normalen Betrieb des Wälzlagers ist die Luft (c) ausreichend dimensioniert, so dass es nicht durch dynamische Vorgänge zu einer so großen Verformung kommt, die zu einem Verklemmen des Wälzkörpers innerhalb der Aufnahmetasche führen würde. Da die Kraft, bis zu der der Wälzkörper noch Luft in der Aufnahmetasche hat, kontrolliert eingestellt werden kann, kann gewählt werden, bei welchen Belastungen Kontakt vorliegt und bei welchen noch nicht.

Die Käfigluft (c) wird indes auch gezielt so eingestellt, dass beim Überschreiten einer bestimmten Last eines benachbarten Wälzkörpers auf das Käfigsegment die resultierende Käfigverformung so groß wird, dass der Wälzkörper innerhalb der Aufnahmetasche des Kä- figsegments von diesem eingeklemmt wird und der Käfig somit vom Wälzkörper gestützt wird. Dadurch erhöht sich die Belastung, die der Käfig aushalten kann. Die vorgeschlagene maximale und minimale Käfigluft berücksichtigt das elastische Verhalten des Käfigmaterials und ergibt sich aus den oben genannten Beziehungen für geeignete Rollengrößen, d. h.:

Cmax— C ^ C _m in mit:

Cmin = 0,01 * D _w - 0,5 mm und

c _max = 0,02 * D _w - 0,4 mm. mit c (in mm) als der Luft in der Käfigtasche in Umfangsrichtung des Lagers und Dw als dem Rollendurchmesser (in mm).

Die preiswerten Kunststoffkäfigsegmente können auch bei größeren Rollenmassen eingesetzt werden.

Mit dem vorgeschlagenen Konzept werden bevorzugt Großlager mit Zylinderrollen oder Kegelrollen ausgestattet, wobei bevorzugt Eintaschensegmente vorgesehen sind; auch Mehrtaschensegmentkäfige sind möglich.

In vorteilhafter Weise ergibt sich so eine Erhöhung der tragbaren Lasten auf den segmentierten Lagerkäfig durch die Stützwirkung der angrenzenden Wälzkörper.

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

Fig. 1 einen Teil eines Kegelrollenlagers, gesehen in Achsrichtung, und einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 in einem Axialschnitt, wobei drei benachbarte Kegelrollen zu sehen sind, wobei die mittlere von einem Käfigsegment gehalten wird.

In den Figuren ist für die Anwendung in einem Kegelrollenlager das erfindungsgemäße Konzept illustriert. Das Wälzlager 1 in Form eines Kegelrollenlagers weist einen Innenring 2 und einen Außenring 3 auf, wobei Wälzkörper 4, 4' zwischen den Lagerringen 2, 3 angeordnet sind. Die Wälzkörper 4, 4' werden nicht von einem klassischen Käfig gehalten; vorgesehen sind vielmehr Käfigsegmente 5, die zwischen den Wälzkörpern angeordnet sind. Zu diesbezüglichen Details wird ausdrücklich auf die WO 2012/076583 A2 der Anmelderin Bezug genommen.

Jedes Käfigsegment 5 weist eine rahmenartige Struktur auf, die durch vier Begrenzungswände gebildet wird; in den Figuren sind die Begrenzungswände 5, 6 und 7 zu sehen, d. h. drei der insgesamt vier Wände, die eine Aufnahmetasche 9 für einen Wälzkörper 4 bilden.

In jedem Axialschnitt hat der kegelige Wälzkörper 4 einen Durchmesser D . Die Wälzkörper 4 liegen dabei auf einem Teilkreis 10 (Verlauf der Mittelpunkte der Wälzkörper 4).

Die Käfigtasche 9 wird durch Seitenflächen 1 1 und 12 begrenzt, die an den Begrenzungswänden 6 und 7 ausgebildet sind und die der Form des Wälzkörpers 4 zumindest abschnittsweise angepasst sind.

In Umfangsrichtung U wechseln sich dabei Wälzkörper 4 ab, die sich in einer Aufnahmetasche 9 des Käfigsegments 5 befinden, und Wälzkörper 4', die frei von einem Käfigseg- ment 5 sind. Für deren Führung ist allerdings eine Anlauffläche 13 an beiden Seiten des Käfigsegments 5 vorgesehen.

In Fig. 2 ist das Spiel c am Teilkreis 10 eingetragen, das ein Wälzkörper 4 im lastfreien Zustand des Lagers in der Aufnahmetasche 9 hat (in der symmetrischen Darstellung gemäß Fig. 2 teilt sich das Spiel c auf beide Seitenflächen 11 und 12 hälftig auf).

Ebenfalls eingetragen ist das über dem Umfang U gleichmäßig verteilt angenommene Spiel x/z (mit z als der Anzahl der Wälzkörper) am Teilkreis 10, das in Umfangsrichtung U zwischen dem Wälzkörper 4' und der Anlauffläche 13 vorliegt. Das Spiel x stellt also das über den Umfang aufsummierte Gesamtspiel der Wälzkörperreihe dar.

Für die Größe des Spiels c in einer Aufnahmetasche 9 und das Verhältnis dieses Spiels c zum Gesamtspiel x gelten die oben angegebenen Beziehungen. Bezugszeichenliste

1 Wälzlager

2 Innenring

3 Außenring

4 Wälzkörper

4' Wälzkörper

5 Käfigsegment

6 Begrenzungswand

7 Begrenzungswand

8 Begrenzungswand

9 Aufnahmetasche

10 Teilkreis

11 Seitenfläche

12 Seitenfläche

13 Anlauffläche D _w Durchmesser des Wälzkörpers c Spiel

x (Gesamt)Spiel

z Anzahl der Wälzkörper

K Konstante

U Umfangsrichtung

r radiale Richtung