DE102009004653B4

DE102009004653B4 - Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung und Lageranordnung

Info

Publication number: DE102009004653B4
Application number: DE102009004653.4A
Authority: DE
Inventors: Berthold Beyfuss; Alexander Dilje; Hans-Jürgen Friedrich; Helmut Hauck; Alfred Radina; Jonas Schierling
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2008-08-09
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: DE102009004653A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung (1), die einen Lagerträger (2) und mindestens ein in eine kreisförmige Ausnehmung (3) im Lagerträger (2) eingesetztes Lager (4) umfasst, wobei das Lager (4) einen Lageraußenring (5) aufweist, der an seinem Außenumfang zumindest über einen Teil seines Umfangs eine nutartige Vertiefung (6) aufweist, wobei die Herstellung eines formschlüssigen Verbundes zwischen dem Lagerträger (2) und dem Lageraußenring (5) dadurch erfolgt, dass ein Umformwerkzeug (7) mindestens einen an die nutartige Vertiefung (6) des Lageraußenrings (5) angrenzenden Abschnitt (8) des Lagerträgers (2) so verformt, dass der umgeformte Abschnitt radial nach innen in die nutartige Vertiefung (6) eintritt und in Achsrichtung (a) des Lagers (4) gesehen einen Hinterschnitt (9) bildet, wobei die Verformung des an die nutartige Vertiefung (6) des Lageraußenrings (5) angrenzenden Abschnitts (8) des Lagerträgers (2) erfolgt, indem das Umformwerkzeug (7) auf das umzuformende Material des Lagerträgers (2) gepresst wird, wobei das Umformwerkzeug (7) an seiner Kontaktfläche (10) zum Lagerträger (2) eine nicht-ebene Kontur aufweist, wobei die Kontaktfläche (10) des Umformwerkzeugs (7) konvex und in radiale Richtung (r) betrachtet bogenförmig ausgebildet ist oder wobei die Kontaktfläche (10) des Umformwerkzeugs (7) eine Spitze aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung, die einen Lagerträger und mindestens ein in eine kreisförmige Ausnehmung im Lagerträger eingesetztes Lager umfasst, wobei das Lager einen Lageraußenring aufweist, der an seinem Außenumfang zumindest über einen Teil seines Umfangs eine nutartige Vertiefung aufweist, wobei die Herstellung eines formschlüssigen Verbundes zwischen dem Lagerträger und dem Lageraußenring dadurch erfolgt, dass ein Umformwerkzeug mindestens einen an die nutartige Vertiefung des Lageraußenrings angrenzenden Abschnitt des Lagerträgers so verformt, dass der umgeformte Abschnitt radial nach innen in die nutartige Vertiefung eintritt und in Achsrichtung des Lagers gesehen einen Hinterschnitt bildet. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Lageranordnung.
Aus der Druckschrift DE 103 29 433 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lagerordnung bekannt, das einen Lagerträger mit einer kreisförmigen Ausnehmung einschließt. Ein Lager ist in die Ausnehmung eingesetzt. Das Lager weist einen Lageraußenring auf, der an seinem Außenumfang eine nutartige Vertiefung aufweist. Eine Herstellung eines formschlüssigen Verbundes zwischen dem Lagerträger und dem Lageraußenring erfolgt dadurch, dass ein Umformwerkzeug einen an die nutartige Vertiefung angrenzenden Abschnitt des Lagerträgers so verformt, dass der umgeformte Abschnitt radial nach innen in die nutartige Vertiefung eintritt und in Axialrichtung des Lagers gesehen einen Hinterschnitt bildet. Die Verformung des an die nutartige Vertiefung des Lageraußenrings angrenzenden Abschnitts des Lagerträgers erfolgt, indem das Umformwerkzeug auf das umzuformende Material des Lagerträgers gepresst wird. Dabei weist das Umformwerkzeug an seiner Kontaktfläche zum Lagerträger eine nicht ebene Kontur auf.
Ein Anbringen eines Lagerträgers an einem Außenring eines Lagers ist auch aus der DE 200 19 278 U1 bekannt. Eine ähnliche Lösung zeigt die DE 101 07 109 A1 .
Aus einem Blech geformte Lagerträger werden beispielsweise benötigt, um in einem PKW-Getriebe Getriebewellen zu lagern. Hierzu ist ein Ausgangsteil in Form eines Blechs vorgesehen, das durch Stanz- und Umformvorgänge zum Lagerträger geformt wird. Insbesondere wird für ein zu haltendes Lager eine kreisförmige Ausnehmung im Blech des Lagerträgers eingearbeitet. Dabei ist es gemäß einer vorbekannten Lösung vorgesehen, dass eine Fixierung des Lagers am Lagerträger so bewerkstelligt wird, dass in den Außenring des Lagers eine Ringnut eingearbeitet wird. In diese erstrecken sich radial vorspringende Fortsätze am Lagerträger. Damit ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Lagerträger und dem Lager gegeben, die häufig für entsprechende Applikationen ausreichend ist.
Um die radial vorspringenden Fortsätze im Lagerträger zu schaffen, wird ein Umformvorgang vorgenommen (Verstemmprozess). Dabei wird mit einem Stempel an mehreren Umfangsstellen um den Lageraußenring herum Material des Lagerträgers so verformt, dass es sich als Hinterschnitt radial in die Ringnut des Lageraußenrings hinein erstreckt.
In den 0 und 1 ist eine solche Lösung nachdem Stand der Technik gezeigt. Die dargestellte Lageranordnung 1 weist einen Lagerträger 2 auf, der eine kreisförmige Ausnehmung 3 für ein zu haltendes Lager 4 mit einem Lageraußenring 5 aufweist. Der Lageraußenring 5 hat eine nutartige Vertiefung 6 in Form einer umlaufenden Ringnut. Dabei wurde mit einem (nicht dargestellten) flachen Stempel Material des Lagerträgers 2 an drei definierten Abschnitten 8 so verformt, dass es sich radial in den Bereich der Ringnut 6 hinein erstreckt. Demgemäß liegt ein hinterschneidender Fortsatz 9 vor, der für eine Verliersicherung zwischen Lagerträger 2 und Lager 4 sorgt.
Zu erkennen ist in 1 die eben ausgebildete Prägefläche 16, die von dem Prägestempel herrührt, der als Umformwerkzeug eingesetzt wird. Mit dem flachen Umformwerkzeug in Form eines Stempels wird also Material des Lagerträgers 2 radial nach innen in die Ringnut 6 des Lageraußenrings 5 gedrückt, so dass der hinterschneidende Fortsatz 9 entsteht. Die Größe des Hinterschnitts ist mit d angegeben. Aufgrund des Abstands b des hinterschneidenden Fortsatzes 9 von dem axialen Ende der Ringnut 6 ergibt sich ein Spiel. Demgemäß ist vorliegend lediglich eine Verliersicherung zwischen Lagerträger 2 und Lager 4 angestrebt und gegeben.
Die vorbekannte flache Verstemmfläche (Prägefläche 16) führt zu einer festgelegten Verstemm-Kraftrichtung. Der Verstemmbereich im Lagerträger 2 kann jedoch eine variable Steifigkeit aufweisen. Dies ist beispielsweise immer dann der Fall, wenn die Verstemmung das verdrängte Material nicht gleichmäßig in alle Richtungen, sondern schwerpunktmäßig in eine bestimmte Richtung verschiebt. Daraus ergeben sich Querkräfte im Umformwerkzeug (Verstemmstempel), die zu Biegebeanspruchungen des Umformwerkzeugs und damit zu einem vorzeitigen Werkzeugbruch führen können. Damit gehen hohe Kosten, Zeitverluste für das zusätzliche Rüsten und die Gefahr einer unvollständigen Verstemmung einher.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Lageranordnung vorzuschlagen, mit dem bzw. mit der die genannten Nachteile vermieden werden können. Es soll also eine prozesssichere, einfache und kostengünstige Lösung zur verliersicheren Verstemmung des Lagerträgers mit dem Lager gefunden werden. Dabei soll die Belastung für das für den Verstemmvorgang benötigte Umformwerkzeug reduziert werden, so dass sich eine höhere Standzeit ergibt. Ferner soll die Gefahr von fehlerhaften Verstemmungen reduziert werden.
Die Lös u n g dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Die Spitze kann dabei durch zwei eben ausgebildete Flächen gebildet werden, die an ihrer Zusammentreffstelle abgerundet ineinander übergehen.
Die Kontaktfläche des Umformwerkzeugs kann in axiale Richtung des Lagers gesehen eine bogenförmige Begrenzung aufweisen. Dabei ist bevorzugt an eine halbkreisförmige Begrenzung gedacht.
Das Umformwerkzeug wird bevorzugt in axiale Richtung des Lagers auf den Lagerträger gepresst, um den Umformvorgang auszuführen.
Der Lagerträger kann um den Umfang des Lageraußenrings herum an mehreren Stellen mit dem Umformwerkzeug verformt werden. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Lagerträger an drei oder vier äquidistant beabstandeten Stellen um den Umfang des Lageraußenrings herum mit dem Umformwerkzeug verformt wird.
Die vorgeschlagene Lageranordnung, die einen Lagerträger und mindestens ein in eine kreisförmige Ausnehmung im Lagerträger eingesetztes Lager umfasst, wobei das Lager einen Lageraußenring aufweist, der an seinem Außenumfang zumindest über einen Teil seines Umfangs eine nutartige Vertiefung aufweist, wobei ein formschlüssiger Verbund zwischen dem Lagerträger und dem Lageraußenring gegeben ist, indem mindestens ein an die nutartige Vertiefung des Lageraußenrings angrenzenden Abschnitt des Lagerträgers so verformt ist, dass der umgeformte Abschnitt radial nach innen in die nutartige Vertiefung eintritt und in Achsrichtung des Lagers gesehen einen Hinterschnitt bildet, ist derart, dass die Oberfläche des verformten, an die nutartige Vertiefung des Lageraußenrings angrenzenden Abschnitts des Lagerträgers eine nicht-ebene Form aufweist, wobei die Oberfläche zumindest abschnittsweise eine konkave Form aufweist und in radiale Richtung betrachtet bogenförmig ausgebildet ist.
Die Oberfläche kann ferner in axiale Richtung des Lagers gesehen eine bogenförmige, insbesondere halbkreisförmige, Begrenzung aufweisen.
Der Lagerträger besteht bevorzugt aus einem im wesentlichen ebenen Blech. Die nutartige Vertiefung im Lageraußenring ist vorzugsweise als umlaufende Ringnut ausgebildet.
Das Erfindungskonzept sieht also vor, dass das Umformwerkzeug (Verstemm-Stempel) im Bereich der Verstemmfläche - d. h. der Fläche, mit der der Stempel in das Material des Lagerträgers eintaucht und die Form der Verstemmung bestimmt - eine von der planaren (ebenen) Form abweichende Fläche aufweist. Dabei ist primär an eine gerundete Fläche gedacht (generell sphärisch geformt), wobei auch beispielsweise dachförmige Ausgestaltungen der Fläche in Frage kommen.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erreichbare nicht-ebene und insbesondere gerundete Auflagefläche des Umformwerkzeugs auf dem umzuformenden Material des Lagerträgers führt zu einer flexibleren Verteilung der Verstemm-Kraftrichtung. Dies hat niedrigere resultierende Querkräfte zur Folge, als es der Fall ist, wenn das Umformwerkzeug eine ebene Kontaktfläche zum umzuformenden Material hat. Damit ist die Gefahr eines vorzeitigen Werkzeugbruchs vermindert. Folglich ergibt sich in vorteilhafter Weise eine höhere Standzeit. Weiterhin ergeben sich niedrigere Kosten für das Rüsten und eine höherer Prozesssicherheit.
Die nicht-planare Ausbildung der Stempelspitze, d. h. die Ausbildung der Kontaktfläche des Umformwerkzeugs als ausgebauchte, gerundete, spitze oder ähnliche Struktur, hat in vorteilhafter Weise zur Folge, dass auch weniger Risse an den Rändern der umgeformten Materialbereiche entstehen.
Mit dem vorgeschlagenen Umformwerkzeug ist es auch möglich, mit dem umzuformenden Material besser an Auskragungen des Lagerrings vorbei zu kommen, als es mit einer planaren Kontaktfläche der Fall ist. Damit kann das axiale Spiel der Befestigung (s. Spiel b in 2) reduziert werden.
Wenngleich das Verfahren bevorzugt an einer vorgeprägten Fläche des Lagerträgers (s. Vorprägung 17 in den Figuren) praktiziert wird, ist es auch möglich, ohne eine derartige Vorprägung zu arbeiten.
Bevorzugt werden das Verfahren bzw. die Lageranordnung in PKW-Getrieben angewendet bzw. eingesetzt, um Lager in der benötigten Position zu halten. Es sind darüber hinaus jedoch generell Applikationen möglich, bei denen Lager mittels einer Verstemmung mit einem Halteelement verbunden werden sollen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

0 die Draufsicht auf eine Lageranordnung mit Lagerträger und Lager, wobei von dem Lagerträger nur ein Ausschnitt dargestellt ist,
1 den Schnitt C-C gemäß 1 durch eine Lageranordnung gemäß dem Stand der Technik,
2 den Schnitt C-C gemäß 1 durch eine Lageranordnung gemäß der Erfindung,
3 die Ansicht gemäß 2 in vergrößerter teilperspektivischer Darstellung,
4 den Schnitt C-C gemäß 1 durch eine Lageranordnung gemäß der Erfindung, wobei der Verstemmprozess mit einem Umformwerkzeug illustriert ist,
5 den Schnitt Z-Z gemäß 4, d. h. die Ansicht in radiale Richtung,
6 die Draufsicht auf den Lagerträger mit drei verformten Stellen (Verstemmstellen),
7 die Einzelheit „X“ gemäß 6,
8 die Ansicht „E“ gemäß 7,
9 ein Umformwerkzeug in Form eines Verstemmstempels in radialer Richtung seines Einsatzes gesehen, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
10 die zu 9 entsprechende Seitenansicht,
11 ein Umformwerkzeug in Form eines Verstemmstempels in radialer Richtung seines Einsatzes gesehen, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
12 die zu 11 entsprechende Seitenansicht.

In 0 ist der grundsätzliche Aufbau der Lageranordnung 1 dargestellt. Die Anordnung hat einen Lagerträger 2 mit einer kreisförmigen Ausnehmung 3 für den Lageraußenring 5 eines Wälzlagers 4.
In den 2 bis 8 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Um den Umfang des Lageraußenrings 5 herum sind äquidistant drei verformte Stellen 12, 13, 14 (s. 6) vorgesehen, an denen Abschnitte 8 des Lagerträgers 2 verformt, d. h. verstemmt sind, so dass sich etwas Material des Lagerträgers 2 hier radial nach innen erstreckt und einen hinterschneidenden Fortsatz 9 bildet (s. 2, 3 und 7), der in die Ringnut 6 des Lageraußenrings 5 eingreift (s. 2, 3 und 4). Hiermit wird ein Hinterschnitt mit einer Größe d geschaffen, wie er in 2 eingetragen ist.
Die Verstemmung, d. h. die Herstellung des hinterschnittenen Fortsatzes 9 (s. 2, 3 und 7) erfolgt mit einem Umformwerkzeug 7 in Form eines Prägestempels, wie es in den 4 und 5 zu sehen ist. Das Umformwerkzeug 7 hat eine Kontaktfläche 10, mit der es das umzuformende Material des Lagerträgers 2 kontaktiert. Wie es in 4 und 5 zu sehen ist, ist diese Kontaktfläche 10 nicht eben, sondern ballig (konvex) ausgebildet. Aufgrund dieser Formgebung der Kontaktfläche 10 ergibt sich kongruent ausgebildet eine entsprechend (konkave) Form der Oberfläche 15 des umgeformten Abschnitts des Lagerträgers 2, wie es aus der Zusammenschau der 2, 3, 7 und 8 hervorgeht. Der umgeformte Bereich wird dabei in dem vom Lager abgewandten Bereich durch eine halbkreisförmige Begrenzung 11 abgeschlossen. Durch den Umformvorgang tritt das Material des Lagerträgers 2 aus der Grundkontur der kreisförmigen Ausnehmung 3 um einen Betrag c heraus (s. 7). Aus radialer Sicht gesehen, ist die Oberfläche 15 kreisbogenförmig ausgebildet, was durch den eingetragenen Radius R angedeutet ist (s. 8).
In den 9 bis 12 sind zwei Varianten des zum Einsatz kommenden Umformwerkzeugs 7 zu sehen (jeweils von vorne und von der Seite). Bei der Lösung gemäß 9 und 10 liegt ein Kontaktbereich 10 mit (kreis-)bogenförmiger Ausgestaltung vor. Bei der Ausführungsform gemäß der 11 und 12 wird der Kontaktbereich 10 durch zwei eben ausgebildeten Flächen 10' und 10" gebildet, die zusammen eine Spitze formen, die am Übergang der beiden Flächen 10', 10" gerundet ausgebildet ist. Durch den Eintrag der jeweiligen axialen Richtung a und der radialen Richtung r ist angegeben, wie das Umformwerkzeug 7 beim Herstellen der Verstemmung platziert bzw. eingesetzt wird.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Lagerträger
3: kreisförmige Ausnehmung
4: Lager (Wälzlager)
5: Lageraußenring
6: nutartige Vertiefung (Ringnut)
7: Umformwerkzeug
8: Abschnitt
9: hinterschneidender Fortsatz (Hinterschnitt)
10: Kontaktfläche des Umformwerkzeugs
10': eben ausgebildete Fläche
10": eben ausgebildete Fläche
11: bogenförmige Begrenzung
12: verformte Stelle
13: verformte Stelle
14: verformte Stelle
15: Oberfläche des verformten Abschnitts
16: Prägefläche
a: Achsrichtung
r: radiale Richtung
b: Spiel
c: radialer Vorsprung
d: Größe des Hinterschnitts
R: Radius

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Lageranordnung (1), die einen Lagerträger (2) und mindestens ein in eine kreisförmige Ausnehmung (3) im Lagerträger (2) eingesetztes Lager (4) umfasst, wobei das Lager (4) einen Lageraußenring (5) aufweist, der an seinem Außenumfang zumindest über einen Teil seines Umfangs eine nutartige Vertiefung (6) aufweist, wobei die Herstellung eines formschlüssigen Verbundes zwischen dem Lagerträger (2) und dem Lageraußenring (5) dadurch erfolgt, dass ein Umformwerkzeug (7) mindestens einen an die nutartige Vertiefung (6) des Lageraußenrings (5) angrenzenden Abschnitt (8) des Lagerträgers (2) so verformt, dass der umgeformte Abschnitt radial nach innen in die nutartige Vertiefung (6) eintritt und in Achsrichtung (a) des Lagers (4) gesehen einen Hinterschnitt (9) bildet, wobei die Verformung des an die nutartige Vertiefung (6) des Lageraußenrings (5) angrenzenden Abschnitts (8) des Lagerträgers (2) erfolgt, indem das Umformwerkzeug (7) auf das umzuformende Material des Lagerträgers (2) gepresst wird, wobei das Umformwerkzeug (7) an seiner Kontaktfläche (10) zum Lagerträger (2) eine nicht-ebene Kontur aufweist, wobei die Kontaktfläche (10) des Umformwerkzeugs (7) konvex und in radiale Richtung (r) betrachtet bogenförmig ausgebildet ist oder wobei die Kontaktfläche (10) des Umformwerkzeugs (7) eine Spitze aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze durch zwei eben ausgebildete Flächen (10', 10") gebildet wird, die an ihrer Zusammentreffstelle abgerundet ineinander übergehen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (10) des Umformwerkzeugs (7) in axiale Richtung (a) des Lagers (4) gesehen eine bogenförmige Begrenzung (11) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (10) des Umformwerkzeugs (7) in axiale Richtung (a) des Lagers (4) gesehen eine halbkreisförmige Begrenzung (11) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (7) in axiale Richtung (a) des Lagers (4) auf den Lagerträger (2) gepresst wird, um den Umformvorgang auszuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (2) um den Umfang des Lageraußenrings (5) herum an mehreren Stellen (12, 13, 14) mit dem Umformwerkzeug (7) verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (2) an drei oder vier äquidistant beabstandeten Stellen (12, 13, 14) um den Umfang des Lageraußenrings (5) herum mit dem Umformwerkzeug (7) verformt wird.
Lageranordnung (1), die einen Lagerträger (2) und mindestens ein in eine kreisförmige Ausnehmung (3) im Lagerträger (2) eingesetztes Lager (4) umfasst, wobei das Lager (4) einen Lageraußenring (5) aufweist, der an seinem Außenumfang zumindest über einen Teil seines Umfangs eine nutartige Vertiefung (6) aufweist, wobei ein formschlüssiger Verbund zwischen dem Lagerträger (2) und dem Lageraußenring (5) gegeben ist, indem mindestens ein an die nutartige Vertiefung (6) des Lageraußenrings (5) angrenzenden Abschnitt (8) des Lagerträgers (2) so verformt ist, dass der umgeformte Abschnitt radial nach innen in die nutartige Vertiefung (6) eintritt und in Achsrichtung (a) des Lagers (4) gesehen einen Hinterschnitt (9) bildet, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberfläche (15) des verformten, an die nutartige Vertiefung (6) des Lageraußenrings (4) angrenzenden Abschnitts (8) des Lagerträgers (2) eine nicht-ebene Form aufweist, wobei die Oberfläche (15) zumindest abschnittsweise eine konkave Form aufweist und in radiale Richtung (r) betrachtet bogenförmig ausgebildet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (15) in axiale Richtung (a) des Lagers (4) gesehen eine bogenförmige Begrenzung (11) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (2) aus einem im wesentlichen ebenen Blech besteht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nutartige Vertiefung (6) im Lageraußenring (5) als umlaufende Ringnut ausgebildet ist.