-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Eine derartige Lageranordnung weist zumindest ein Wälzlager, insbesondere ein Kegelrollenlager, mit einem Lageraußenring und einem Lagerinnenring auf, zwischen denen Wälzkörper angeordnet sind, sowie ein den Lageraußenring aufnehmendes Gehäuse. Aus Festigkeits- und Gewichtsgründen bestehen die Lagerkomponenten, wie die Lagerringe, meist aus Stahl, während für das Gehäuse Leichtmetall, insbesondere Aluminium, verwendet wird. Dabei kann der Lageraußenring über Reibschluss, beispielsweise mittels Presspassung, in das Gehäuse montiert werden, so dass eine Verdrehsicherung zwischen dem Lageraußenring und dem Gehäuse erzielt wird, solange eine Überdeckung zwischen dem Lageraußenring und dem Gehäuse gegeben ist.
-
Problematisch bei einer derartigen Lageranordnung ist jedoch, dass das aus dem Leichtmetall bestehende Gehäuse eine größere Wärmeausdehnung als die Lagerkomponenten aufweist, so dass es im Betrieb und einem dadurch bedingten Temperaturanstieg, zu einem Übergang von der Presspassung zu einer Spielpassung zwischen dem Lageraußenring und dem Gehäuse kommen kann und somit die Verdrehsicherung zwischen dem Lageraußenring und dem Gehäuse nicht mehr sichergestellt ist. Ein auf diese Art freigesetzter Lageraußenring kann sich dann im Betrieb mitdrehen, seine Passung aufreiben und somit zerstören.
-
Um ein Mitdrehen zu verhindern, ist aus dem Stand der Technik beispielsweise bekannt, geflanschte Lageraußenringe mit Schrauben zu versehen, um so eine Sicherung gegen ein Wandern des Lageraußenrings zu erzeugen. Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Schrauben in dem Flansch extra eingearbeitet werden müssen, was fertigungstechnisch aufwendig und teuer ist. Zudem müssen die Schrauben in dem Lageraußenring an den richtigen Positionen angeordnet werden, um ein Verdrehen des Lageraußenrings gegenüber dem Gehäuse zu vermeiden.
-
Weiterhin ist es bekannt, in einem Bereich der Passungen Nuten mit einem sich bei Wärme ausdehnenden Element aus Kunststoff oder aus einem elastomeren Stoff zu versehen, der wiederum eine höhere Wärmeausdehnung aufweist als das Gehäuse, und somit ein Festsetzen des Lageraußenrings über einen Reibschluss erzeugt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass dafür dieses Element extra vorgefertigt werden muss, um es in die Nuten einzupassen, so dass dadurch wiederum die Fertigung aufwendig und teuer wird.
-
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, eine fertigungstechnisch einfache Lageranordnung bereitzustellen, mit der unter Betriebsbedingung, insbesondere bei einer Temperaturerhöhung, eine verbesserte Verdrehsicherung sichergestellt werden kann, so dass sich die Lebensdauer der Lageranordnung erhöht.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Lageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Im Folgenden wird eine Lageranordnung mit mindestens einem Wälzlager vorgestellt, das einen Lageraußenring und einen Lagerinnenring mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern aufweist. Das Wälzlager ist dabei in einem zumindest einen der Lagerringe aufnehmenden Bauteil aufgenommen. Das Bauteil kann beispielsweise als ein Gehäuse und/oder eine Welle und/oder als ein Flansch und/oder als ein Deckel ausgebildet sein. Die Wälzkörper können optional in einem Lagerkäfig aufgenommen sein.
-
Um eine Lageranordnung bereitzustellen, mit der eine verbesserte Verdrehsicherung unter einer betriebsbedingten Temperaturerhöhung ermöglicht werden kann, ist vorgesehen, dass der von dem Bauteil aufgenommene Lagerring eine erste sich zwischen einer Wälzkörperlauffläche und einer radialen Stirnfläche des Lagerrings erstreckende Kantenfläche und/oder eine zweite sich zwischen einer axialen Passungsfläche und der radialen Stirnfläche des Lagerrings erstreckende Kantenfläche aufweist, und das den Lagerring aufnehmende Bauteil auf einer zu dieser ersten und/oder zweiten Kantenfläche weisenden Fläche eine Materialanhäufung aufweist, die mit der ersten und/oder zweiten Kantenfläche zusammenwirkt. Durch die Ausbildung der Materialanhäufung und das Zusammenwirken mit der ersten und/oder zweiten Kantenfläche kann auch bei einer Temperaturerhöhung das Bauteil in Kontakt mit dem Lagerring bleiben, wobei die Materialanhäufung die Presspassung des Bauteils mit dem Lagerring aufrechterhält. Dadurch kann eine Verdrehsicherung auch bei hohen Betriebstemperaturen sichergestellt und ein Wandern des Lagerrings verhindert werden.
-
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erste Kantenfläche nach radial außen angewinkelt angestellt ausgebildet. Dadurch kann der Lagerring bei einer thermischen Ausdehnung der Lagerkomponenten bei den zu erwartenden Betriebstemperaturen im Wesentlichen axial entlang der ersten Kantenfläche, entgegengesetzt zu der Materialanhäufung, verschoben werden. Dieser Verschiebeffekt wird insbesondere bei Materialien, die einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, besonders deutlich. Weist beispielsweise das Bauteil einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als der Lagerring, würde sich bei Erwärmung der Lagerring lockern. Die mit der Kantenschräge zusammenwirkende Materialanhäufung sorgt dagegen dafür, dass das Bauteil bei Erwärmung und der daraus folgenden thermischen Ausdehnung eine im Wesentlichen axiale Verschiebekraft auf den Lagerring ausübt, der wiederum über die Kantenschräge in seiner Presspassung gehalten wird. Vorzugsweise ist die Materialanhäufung dabei im Wesentlichen komplementär zu der ersten Kantenfläche ausgebildet. Zudem bietet die nach radial außen angewinkelt angestellte Kantenfläche insbesondere bei einer Ausbildung als ein zweireihig angestelltes Wälzlager den Vorteil, auch bei Erwärmung, eine gleichbleibende axiale Vorspannung bzw. eine definierte Lagerluft der gegeneinander angestellten Wälzlager sicherzustellen.
-
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die erste und/oder zweite Kantenfläche mindestens eine Struktur auf. Dabei bilden, gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, die Struktur des Lagerrings und die Materialanhäufung des Bauteils eine formschlüssige Verbindung aus. Bei einer Montage kann sich die Struktur in die formschlüssig einprägbare Materialanhäufung eindrücken bzw. einschneiden, wodurch der Formschluss gebildet wird. Dabei bildet sich eine Art Verzahnung zwischen dem Lagerring und dem den Lagerring aufnehmenden Bauteil aus. Durch die sich zwischen der Struktur und der Materialanhäufung ausbildende formschlüssige Verbindung ist es möglich, auch im Betrieb der Lageranordnung, das heißt, trotz Erwärmung der Lageranordnung, eine feste und stabile formschlüssige Verbindung zwischen dem Lagerring und dem den Lagerring aufnehmenden Bauteil zu erzeugen, so dass eine Spielpassung in der Passung zwischen dem Lagerring und dem den Lagerring aufnehmenden Bauteil entstehen kann, aber die Verzahnung über den Formschluss ein Drehen des Lagerrings wirksam verhindert. Somit kann auch die Lebensdauer der Lageranordnung erhöht werden. Die Materialanhäufung kann beispielsweise stufenförmig, keilförmig, etc. ausgebildet sein. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Materialanhäufung im Wesentlichen in einer Umgebung der Struktur des Lagerrings an dem Bauteil angeordnet bzw. ausgebildet ist.
-
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das den Lagerring aufnehmende Bauteil ein weicheres Material auf als der von dem Bauteil aufgenommene Lagerring. Dadurch ist es möglich, dass die Struktur des Lagerrings bei der Montage, bei der das Wälzlager auf Anschlag aufgeschoben wird, in die Materialanhäufung des den Lagerring aufnehmenden Bauteils gedrückt wird. Dabei kann das den Lagerring aufnehmende Bauteil einen Kunststoff, ein Nichteisenmetall, ein Leichtmetall oder eine Leichtmetall-Legierung aufweisen. In Frage kommende und bewährte Materialien sind insbesondere Aluminium bzw. Magnesium, aber auch Messing, Kupfer, Zink, Zinn bzw. Legierungen mit diesen Bestandteilen. Die Lagerkomponenten selbst, insbesondere der die Struktur aufweisende Lagerring, können beispielsweise aus Wälzlagerstahl gefertigt sein.
-
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Struktur umlaufend in der ersten und/oder zweiten Kantenfläche des Lagerrings ausgebildet. Dadurch kann die formschlüssige Verbindung gleichmäßig über den gesamten Umfang des Lagerrings bereitgestellt werden, so dass eine Verdrehung des Lagerrings in Bezug auf das den zumindest einen Lagerring aufnehmende Bauteil vermieden werden kann. Alternativ kann die Struktur auch abschnittsweise in der ersten und/oder zweiten Kantenfläche des die Struktur aufweisenden Lagerrings ausgebildet sein.
-
Die Struktur ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie sich tief genug in die Materialanhäufung eindrückt bzw. einschneidet, so dass die Verdrehsicherung zwischen dem die Struktur aufweisen Lagerring und dem den Lagerring aufnehmenden Bauteil unter Betriebsbedingungen aufrechterhalten bleiben kann. Die Struktur selbst ist vorzugsweise als eine Rändelung ausgebildet. Derartige Rändelungen können einfach in den Lagerring, beispielsweise mittels Drücken oder Einprägen auf einer Drehmaschine eingearbeitet werden. Dabei wird die Struktur vorzugsweise während der Weichbearbeitung, das heißt, vor einem Härteschritt, in den Lagerring eingearbeitet. Eine sich an das Härten üblicherweise anschließende Nachbearbeitung der Rändelung, wie beispielsweise ein Schleifen, kann entfallen.
-
Weiterhin ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bevorzugt, wenn die Rändelung zackenförmig mit mindestens einem Zacken ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Rändelung viele Zacken mit dazwischen liegenden Ausnehmungen auf. Die zackenförmige Struktur begünstigt ein Einschneiden in die Materialanhäufung, wodurch der die Struktur aufweisende Lagerring bei der Montage besonders leicht und einfach in die Materialanhäufung gedrückt werden kann, so dass eine Art Verzahnung zwischen dem Lagerring und dem den Lagerring aufnehmenden Bauteil ausgebildet werden kann. Dabei ist es bevorzugt, wenn der mindestens eine Zacken scharfkantig ausgebildet ist.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich der mindestens eine Zacken entlang der ersten Kantenfläche von der Wälzkörperlauffläche in Richtung Stirnfläche des Lagerrings und/oder entlang der zweiten Kantenfläche von der Passungsfläche in Richtung Stirnfläche des Lagerrings. Durch die im Wesentlichen quer zur Drehrichtung angeordneten Zacken kann eine Haltefunktion und damit die Verdrehsicherung des die Struktur aufweisenden Lagerrings und des den Lagerring aufnehmenden Bauteils effektiv verbessert werden. Weiterhin kann der Zacken bzw. können die Zacken dadurch bei der Montage mit fortschreitender axialer Montageposition zunehmend tiefer in die Materialanhäufung schneiden bzw. eingedrückt werden.
-
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Zacken abgerundet und/oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Beide Zackenausgestaltungen erleichtern die Montage, da der Lagerring ohne Verkanten in das Bauteil einbringbar und darin aufnehmbar ist.
-
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Lageranordnung mindestens ein Wälzlager, das als ein Kegelrollenlager ausgebildet ist. Dabei ist die erste und/oder zweite Kantenfläche des Lagerrings vorzugsweise auf einer Seite angeordnet, auf der auch der kleine Durchmesser der Wälzkörper angeordnet ist. Dieses ist von Vorteil, da das den Lagerring aufnehmende Bauteil den Lagerring und auch das gesamte Wälzlager in dieser Position abstützt. Dadurch kann die formschlüssige Verbindung auch bei einem unter Betriebsbedingungen herrschendem Druck, der aufgrund der Kegelrollenbewegungen entsteht, sichergestellt werden. Weiterhin lässt sich aufgrund dieser Anordnung der die Struktur aufweisende Lagerring bei der Montage in Montagerichtung besonders einfach auf das den Lagerring aufnehmende Bauteil aufschieben bzw. drücken.
-
Weiterhin findet die vorgestellte Lageranordnung insbesondere Einsatz, wenn die Lageranordnung als ein zweireihiges Kegelrollenlager ausgebildet ist, die axial gegeneinander angestellt sind. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den die erste und/oder zweite Kantenfläche aufweisenden Lagerring drehfest in dem den Lagerring aufnehmenden Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse, anzuordnen und ein weiteres Bauteil, beispielsweise eine Welle, spielfrei darin zu lagern. Dabei kann das zweireihige Kegelrollenlager in einer X-Anordnung oder einer O-Anordnung angeordnet sein. Um eine vorgespannte Lageranordnung mit zwei Wälzlagern auszubilden kann jedoch auch zumindest eines der Wälzlager als ein Schrägkugellager ausgebildet sein.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen angegeben. Dabei sind insbesondere die in der Beschreibung und in den Zeichnungen angegebenen Kombinationen der Merkmale rein exemplarisch, so dass die Merkmale auch einzeln oder anders kombiniert vorliegen können.
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei sind die Ausführungsbeispiele und die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kombinationen rein exemplarisch und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
-
Es zeigen:
-
1: eine schematische Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Lageranordnung;
-
2: eine schematische perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Lageranordnung; und
-
3: eine schematische perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lageranordnung.
-
Im Folgenden werden gleiche oder funktionell gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
1 zeigt in einer schematischen Querschnittsansicht eine Lageranordnung 1 mit einem als Kegelrollenlager ausgebildetes Wälzlager 2, das einen Lagerinnenring 4 und einen Lageraußenring 6 aufweist, zwischen denen Wälzkörper 8 angeordnet sind. Dabei ist der Lageraußenring 6 in einem Gehäuse 10 aufgenommen, während der Lagerinnenring 4 auf einer Welle 12 gelagert wird. Wie in 1 weiterhin dargestellt, können die Wälzkörper 8 in einem Lagerkäfig 14 aufgenommen sein. Aus Festigkeits- und Gewichtsgründen kann das Gehäuses 10 ein Leichtmetall, wie zum Beispiel Aluminium, aufweisen, während die Lagerkomponenten, wie zum Beispiel der Lageraußenring 6 aus Wälzlagerstahl gefertigt ist.
-
Wie weiterhin in 1 und insbesondere in 2 gezeigt, weist der Lageraußenring 6 erfindungsgemäß eine erste sich zwischen einer Wälzkörperlauffläche 16 und einer radialen Stirnfläche 18 erstreckende Kantenfläche 20 auf. Weiterhin ist, wie insbesondere in 1 dargestellt, vorgesehen, dass das Gehäuse 10 auf einer zur ersten Kantenfläche 20 weisenden Fläche 22 eine Materialanhäufung 24 aufweist, die mit der ersten Kantenfläche 20 zusammenwirkt. Dadurch kann auch bei einer Temperaturerhöhung das Gehäuse 10 in Kontakt mit dem Lageraußenring 6 bleiben, wobei die Materialanhäufung 24 die Presspassung des Gehäuses 10 mit dem Lageraußenring 6 aufrecht erhält, so dass eine Verdrehsicherung sichergestellt und ein Wandern des Lageraußenrings 6 verhindert wird.
-
Dabei ist, wie in den 1 und 2 weiterhin dargestellt, die erste Kantenfläche 20 nach radial außen angewinkelt angestellt ausgebildet, so dass sich eine Kantenschräge ausbildet. Dadurch kann der Lageraußenring 6 bei einer thermischen Ausdehnung bei den zu erwartenden Betriebstemperaturen im Wesentlichen axial entlang der ersten Kantenfläche 20, entgegengesetzt zu der Materialanhäufung 24, verschoben werden. Die Kantenschräge sorgt dabei dafür, dass der Lageraußenring 6 mit der Kantenschräge auf der Materialanhäufung 24 entlang rutscht und immer im festen Sitz bleibt. Dieser Effekt wird insbesondere bei unterschiedlichen Materialien, die einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, besonders deutlich. Dabei weist die Materialanhäufung 24, wie insbesondere in 1 dargestellt, eine im Wesentlichen komplementäre Fläche 28 zu der ersten Kantenfläche 20 auf.
-
Die in den 1 und 2 gezeigte erste nach radial außen angewinkelt angestellte Kantenfläche 20 ist insbesondere bei einer Ausbildung der Lageranordnung 1 als ein zweireihig angestelltes Wälzlager von Vorteil, da dadurch auch bei Erwärmung eine gleichbleibende axiale Vorspannung bzw. eine definierte Lagerluft der gegeneinander angestellten Wälzlager sicher gestellt werden kann.
-
Weiterhin kann die erste Kantenfläche 20, wie insbesondere in 2 dargestellt, eine Struktur 30 aufweisen. Bei einer Montage drückt sich die Struktur 30 in die Materialanhäufung 24 ein, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Lageraußenring 6 und dem Gehäuse 10 ausgebildet wird. Dadurch kann eine effektive Verdrehsicherung des Lageraußenrings 6 gegenüber dem Gehäuse 10 auch unter Betriebsbedingungen, insbesondere bei einer Temperaturerhöhung, sichergestellt und eine Spielpassung verhindert werden. Um ein Eindrücken der Struktur 30 in die Materialanhäufung 24 bei der Montage zu ermöglichen, weist vorzugsweise das Gehäuse 10 ein weicheres Material auf als der Lageraußenring 6.
-
Wie weiterhin in 2 gezeigt, ist die Struktur 30 umlaufend in der ersten Kantenfläche 20 des Lageraußenrings 6 ausgebildet, wodurch eine gleichmäßige formschlüssige Verbindung über den gesamten Umfang des Lageraußenrings 6 ermöglicht werden kann. Dabei ist die Struktur 30 als eine Rändelung ausgebildet, die in einfacher Fertigung, beispielsweise mittels Drücken, in die Kantenfläche 20 des Lageraußenrings 6 eingearbeitet werden kann.
-
Weiterhin ist die Rändelung, wie in den 2 dargestellt, zackenförmig mit über den Umfang des Lageraußenrings 6 verteilten Zacken 32 und dazwischenliegenden Ausnehmungen 34 ausgebildet. Durch die, insbesondere scharfkantige, Zackenform kann die Struktur 30 besonders leicht in die Materialanhäufung 24 einschneiden bzw. eingedrückt werden.
-
Alternativ oder zusätzlich kann der Lageraußenring 6 auch, wie insbesondere in dem Ausführungsbeispiel der 3 dargestellt, eine zweite sich zwischen einer axialen Passungsfläche 36 und der radialen Stirnfläche 18 erstreckende Kantenfläche 38 aufweisen. Dabei weist die in 3 gezeigte Kantenfläche 38 ebenfalls die zackenförmig ausgebildete Struktur 30 auf.
-
Um eine besonders effektive Verdrehsicherung zwischen dem Lageraußenring 6 und dem Gehäuse 10 unter Drehbedingen sicherzustellen, erstrecken sich die Zacken 32, wie in 2 gezeigt, von der Wälzkörperlauffläche 16 in Richtung Stirnfläche 18 entlang der ersten Kantenfläche 20 des Lageraußenrings 6. Ist die Struktur 30 in der zweiten sich zwischen der axialen Passungsfläche 36 und der Stirnfläche 18 erstreckenden Kantenfläche 38 angeordnet, wie in 3 dargestellt, erstrecken sich die Zacken 32 von der Passungsfläche 36 in Richtung Stirnfläche 18 des Lageraußenrings 6. Dabei können die Zacken 32 weiterhin, wie in 2 gezeigt, kegelstumpfartig, oder wir in 3 dargestellt, abgerundet ausgebildet sein.
-
Die 1 bis 3 zeigen weiterhin, dass bei Ausbildung des Wälzlagers 2 als Kegelrollenlager die erste und/oder die zweite Kantenfläche 20, 38 des Lageraußenrings 6 auf einer Seite 40 angeordnet ist, auf der auch ein kleiner Durchmesser d der Wälzkörper 8 angeordnet ist. Über die Ausrichtung der Kegelrollen kann sichergestellt werden, dass die formschlüssige Verbindung auch bei einem unter Betriebsbedingungen herrschendem axialen Druck, der aufgrund von Kegelrollenbewegungen resultiert, sichergestellt wird.
-
Insgesamt kann mit der vorgestellten Lageranordnung eine Lageranordnung mit mindestens einem Lagerringe aufweisenden Wälzlager und mit einem zumindest einen der Lagerringe aufnehmendes Bauteil bereitgestellt werden, die auch bei einer betriebsbedingten Temperaturerhöhung, eine Verdrehsicherung zwischen dem vom Bauteil aufgenommenen Lagerring und dem den Lagerring aufnehmenden Bauteil sicherstellt. Dabei weist der Lagerring eine erste sich zwischen einer Wälzkörperlauffläche und einer radialen Stirnfläche des Lagerrings erstreckende Kantenfläche und/oder eine zweite sich zwischen einer axialen Passungsfläche und der radialen Stirnfläche des Lagerrings erstreckende Kantenfläche auf, die mit einer in dem Bauteil ausgebildeten Materialanhäufung zusammenwirkt. Eine derartige Lageranordnung findet beispielsweise als eine zweireihige angestellte Wälzlageranordnung in Getrieben von Fahrzeugen Einsatz, da sie auch unter Betriebsbedingungen eine gleichmäßige axiale Vorspannung bzw. eine definierte Lagerluft der gegeneinander angestellten Wälzlager ermöglicht. Dabei können die Wälzlager als Kegelrollenlager ausgebildet sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 4
- Lagerinnenring
- 6
- Lageraußenring
- 8
- Wälzkörper
- 10
- Gehäuse
- 12
- Welle
- 14
- Lagerkäfig
- 16
- Wälzkörperlauffläche
- 18
- Stirnfläche
- 20
- erste Kantenfläche
- 22
- zur Kantenfläche weisende Fläche
- 24
- Materialanhäufung
- 28
- komplementäre Fläche
- 30
- Struktur
- 32
- Zacken
- 34
- Ausnehmung
- 36
- Passungsfläche
- 38
- zweite Kantenfläche
- 40
- Seite des kleinen Wälzkörperdurchmessers
- d
- kleiner Wälzkörperdurchmesser
