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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wälzlageranordnung und insbesondere eine Anordnung zur Sicherung einer Wälzlageranordnung innerhalb einer Bohrung eines Gehäuses.
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Da die Kraftstoffökonomie in der Transportindustrie immer wichtiger wird, nehmen die Anstrengungen laufend zu, um höhere Wirkungsgrade von Fahrzeugen und Verbrennungsmotoren zu erreichen. Wälzlager sind wohl bekannt und können innerhalb von Verbrennungsmotoren angeordnet werden, um die Reibung von drehenden Wellenanordnungen zu verringern, etwa von Kurbelwellen, Nockenwellen und Ausgleichswellen. Die Implementierung eines Wälzlagers in solchen Wellensystemen erfordert eine sorgfältige Konstruktion und Auslegung, um die Funktions- und Leistungsziele über die gesamte Lebensdauer des Verbrennungsmotors sicherzustellen. Zu den konstruktiven Überlegungen zählen Materialhärte und metallurgische Reinheit, Oberflächengüte, Toleranzen, Einbausitze, Betriebsspiel und Zugänglichkeit zu kritischen Stellen des Lagers zum Zweck der Schmierung. Die raue Umgebung eines Verbrennungsmotors, die Vibrationsbelastungen und starke Temperaturschwankungen umfasst, stellt einen Teil der Herausforderungen bei der Entwicklung eines Wälzlagers, das den Anforderungen an die Lebensdauer eines Wälzlagers gerecht wird, dar.
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Der Leichtbau stellt ein weiteres Mittel dar, um die Kraftstoffökonomie heutiger Fahrzeuge zu erhöhen. Auf dem Werkstoffsektor wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Alternativen zu Stahl, etwa Kunststoff und Aluminium bereitzustellen, die nicht nur signifikante Gewichtseinsparungen, sondern auch potenzielle Leistungs- und Kostenverbesserungen ermöglichen. Zylinderköpfe und Motorblöcke aus Aluminium setzen sich in der Verbrennungsmotorenindustrie immer stärker durch. Zusätzlich haben sich die Spannungsanalysen zur Optimierung und Formsteuerung von Bauteilen intensiviert, was zu geringeren Querschnitten und reduzierten Gesamtbaugrößen führt. Die Steuerung der inhärenten Eigenschaften von Stahlalternativen ist besonders bei kritischen Anwendungen, wie sie z. B. in einem Verbrennungsmotor zu finden sind, von entscheidender Bedeutung.
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Wälzlager sind in der Regel kreisförmig und bestehen im Allgemeinen aus Walzenelementen, die zwischen inneren und äußeren Laufringen angeordnet sind, die jeweils in einen inneren bzw. äußeren Ring integriert sind. Wälzelemente können viele Formen annehmen, z. B. Kugeln, Zylinderrollen, Nadelrollen oder verschiedene andere Konfigurationen wie z. B. kegelförmige Kegelrollen oder tonnenförmige Kugelrollen. Häufig werden Käfige verwendet, um die Wälzelemente zu halten und sie durch die Drehbewegung des Lagers zu führen; in einigen Konfigurationen sind sie jedoch nicht zwingend notwendig. Die Werkstoffe der Wälzlager sind mit Ausnahme von Kunststoffkäfigen relativ konstant geblieben, da Stahl für den Innen- und Außenring weiterhin der Werkstoff erster Wahl bleibt.
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Die Anwendung eines Wälzlagers mit Stahlaußenring auf ein Wellensystem in einem Zylinderkopf oder Motorblock eines Verbrennungsmotors aus Aluminium führt zu zahlreichen konstruktiven Herausforderungen. Eine dieser konstruktiven Herausforderungen besteht darin, eine axiale und drehungsmäßige Sicherung oder Halterung des Wälzlagers in einer Bohrung eines Aluminiumgehäuses bereitzustellen, wie es typischerweise für diese Wellensysteme erforderlich ist. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient (COTE) von Aluminium etwa doppelt so hoch wie jener von Stahl ist, und der typische angegebene Temperaturbereich von –40 bis 150 Grad Celsius beträgt, müssen Sicherungskonstruktionen die extreme Größenvariation der Bohrung im Aluminiumgehäuse im Verhältnis zum Außendurchmesser des Stahlaußenrings des Wälzlagers bewältigen. In 1 wird eine Wälzlageranordnung 100 nach dem Stand der Technik gezeigt, die einen Sicherungsring 120 aufweist, der zum Teil in einer umlaufenden Nut 170 eines Außenrings 180 aufgenommen ist. Ein Innenring 160 und ein Käfig 140 zur Trennung und Führung von Wälzelementen (nicht dargestellt) vervollständigen die Wälzlageranordnung 100. Der Sicherungsring 120 ist so konstruiert, dass er sich zum Teil innerhalb der umlaufenden Nut 170 und zum Teil innerhalb einer umlaufenden Nut innerhalb einer Bohrung eines Gehäuses (nicht dargestellt) befindet. Für die Konstruktion ist wichtig, dass der Sicherungsring 120 während des Betriebs innerhalb der umlaufenden Nut 170 des Außenrings 180 drehbar bleibt. Bei dieser Wälzlageranordnung 100 nach dem Stand der Technik bietet der Sicherungsring 120 im Fall eines Kontaktverlusts zwischen der Bohrung des Gehäuses und dem Außendurchmesser des Außenrings zwar axialen Halt, sorgt jedoch nicht für drehungsmäßigen Halt. Der fehlende drehungsmäßige Halt, der nach dem Stand der Technik geboten wird, erfüllt jedoch nicht die Anforderungen vieler Verbrennungsmotor-Wellensysteme, und daher verzichten viele dieser Systeme auf die Verwendung des Sicherungsrings 120 und beziehen stattdessen einen erhöhten Reibungssitz zwischen dem Außenring 180 und der Gehäusebohrung. Um jedoch den Stahlaußenring in einem Aluminiumgehäuse bei einer Spitzentemperatur des Motors von 150° C festhalten zu können, ist ein starker Reibungssitz bei Raumtemperatur (normale Einbautemperatur) erforderlich, um den Umstand auszugleichen, dass der Durchmesser der Aluminiumbohrung bei steigender Temperatur stärker zunimmt als der Durchmesser des Stahlaußenrings. Aufgrund seiner Festigkeit kann dieser Reibungssitz zu Spannungen führen, die die Materialgrenzen überschreiten, was sofort oder letztendlich zu einem Versagen führen kann, wenn der Reibungssitz bei tieferen Temperaturen verstärkt wird, wenn die Bohrung stärker kontrahiert als der Außenring. Ist die Wanddicke des Gehäuses um den Umfang des Außenrings herum nicht gleichmäßig, ist außerdem auch der Anpressdruck zwischen dem Gehäuse und dem Außenring ungleichmäßig. Im Fall des erhöhten Reibungssitzes könnten sich die Punkte mit erhöhtem Kontaktdruck den Außenring des Lagers in eine nicht mehr kreisförmige Gestalt verformen, was wiederum bei niedrigeren Temperaturen stärker der Fall ist, wenn das Aluminiumgehäuse stärker kontrahiert als der Stahlaußenring. Jegliche Verzerrung oder Verformung des Außenrings könnte potenziell zu einem vorzeitigen Versagen des Lagers führen.
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Eine weitere Konsequenz des notwendigen festen Sitzes zwischen einem Aluminiumgehäuse und einem Stahlaußenring eines Wälzlagers ist die Auswirkung auf das innere Lagerspiel, das oft auch als radiales Betriebsspiel bezeichnet wird. Der auf den Außenring in einem Reibungssitz wirkende Kontaktdruck führt dazu, dass die inneren und äußeren radialen Flächen kleiner im Durchmesser werden, was dazu führt, dass das radiale Betriebsspiel des Lagers geringer wird. Im Fall eines Aluminiumgehäuses verringert die größere Kontraktion der Gehäusebohrung gegenüber dem Stahlaußenring bei kalten Temperaturen das radiale Betriebsspiel noch weiter. Um bei Temperaturen von bis zu –40°C einen Zustand der zu starken Verringerung des radialen Betriebsspiels zu vermeiden, wird das konstruktiv vorgesehene radiale Betriebsspiel oft vergrößert, um dem beschriebenen Einfluss eines Aluminiumgehäuses oder eines Gehäuses, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Stahl aufweist, Rechnung zu tragen. Eine solche Einstellung für das "radiale Spiel unter kalten Bedingungen" hat aber negative Auswirkungen auf das "radiale Spiel unter heißen Bedingungen". Unter heißen Bedingungen dehnt sich die Aluminium-Gehäusebohrung weiter aus als der Außendurchmesser des Außenrings, was zu einem erheblichen Verlust an Anpressdruck führt, die Größe des Außenrings vergrößert und das radiale Betriebsspiel deutlich vergrößert. Zu diesem vergrößerten radialen Betriebsspiel durch thermische Ausdehnung addiert sich noch das zuvor beschriebene Nachstellspiel, was insgesamt zu einem radialen Betriebsspiel führt, das groß genug sein kann, um Geräusche und/oder übermäßige axiale Bewegungen der Welle zu verursachen, die bei Verbrennungsmotoranwendungen aber vermieden werden sollten.
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Vor dem Hintergrund der vorangegangenen Diskussion ist eine Lösung erforderlich, die eine axiale und drehungsmäßige Sicherung eines Wälzlagers innerhalb einer Gehäusebohrung bei gleichzeitiger Minimierung der negativen Auswirkungen auf das radiale Betriebsspiel vorsieht.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Wälzlagersicherungsanordnung wird vorgesehen, die ein Wälzlager, ein Gehäuse und einen Sicherungsring umfasst und für die axiale und drehungsmäßige Sicherung des Lagers innerhalb des Gehäuses sorgt. Diese Anordnung ist besonders bei Gehäusen aus einem Werkstoff mit höherem thermischem Ausdehnungskoeffizienten als Stahl, wie z. B. Aluminium, geeignet, die in Betriebsumgebungen mit großen Temperaturschwankungen eingesetzt werden. Die axiale und drehungsmäßige Sicherung wird bereitgestellt, ohne einen strengen Reibungssitz zwischen dem Außenring und der Bohrung des Gehäuses zu erfordern, um die Sicherung bei erhöhten Temperaturen bereitzustellen. Das Wälzlager umfasst Wälzelemente und einen Außenring mit einem integrierten äußeren Laufring. Die Wälzelemente können einen beliebigen der verfügbaren Typen aufweisen, darunter, Nadeln, Zylinderrollen und Kugeln. Ein Käfig und ein Innenring mit integriertem inneren Laufring sind optionale Komponenten. Der Außendurchmesser des Außenrings enthält eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines radial einwärtigen Abschnitts des Sicherungsrings. Die Nut kann eine beliebige Gestalt aufweisen, die dazu geeignet ist, den Sicherungsring aufzunehmen, und umfasst einen ersten Hohlraum an einer vorgeschriebenen Winkelposition, um einen nach innen gerichteten Vorsprung aufzunehmen, der sich an einem ersten Ende des Sicherungsrings befindet. Das Gehäuse kann eine einteilige oder eine in zwei Teile geteilte Konstruktion sein, wobei bei letzterer die Teile durch zumindest ein Befestigungselement zusammengehalten werden; außerdem enthält es eine Bohrung mit einer inneren radialen Oberfläche, um den Außenring aufzunehmen. Die innere radiale Fläche enthält eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines radial auswärtigen Abschnitts des Sicherungsrings. Die Nut kann eine beliebige Gestalt aufweisen, die dazu geeignet ist, den Sicherungsring aufzunehmen, und umfasst einen zweiten Hohlraum an einer vorgeschriebenen Winkelposition, um einen nach außen gerichteten Vorsprung eines zweiten Endes des Sicherungsrings aufzunehmen. Der Sicherungsring kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen, um teilweise in der ersten und zweiten umlaufenden Nut zu liegen. Der ordnungsgemäße Einbau der Wälzlager- und Sicherungsringanordnung in der Gehäusebohrung setzt voraus, dass der nach außen gerichtete Vorsprung des zweiten Endes des Sicherungsrings in dem zweiten Hohlraum der zweiten umlaufenden Nut der Gehäusebohrung angeordnet ist.
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Während die vorstehend beschriebene Wälzlager-Montageanordnung insbesondere für Gehäusewerkstoffe mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Stahlaußenring des Wälzlagers nützlich ist, kann diese Anordnung für Gehäuse aus beliebigen Werkstoffen angewendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehende Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung sind am besten zu verstehen, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Darin ist/sind:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Wälzlager- und Sicherungsringanordnung nach dem Stand der Technik.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Sicherungsrings nach dem Stand der Technik.
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3 ist eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Wälzlageranordnung, die einen Sicherungsring umfasst.
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4 ist eine Querschnittsansicht der Wälzlageranordnung von 3.
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5 ist eine perspektivische Darstellung der Wälzlageranordnung von 3 ohne den Sicherungsring.
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6 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform des Sicherungsrings.
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7 ist eine perspektivische Darstellung eines zweiteiligen Gehäuses.
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8 ist eine perspektivische Darstellung eines oberen Abschnitts des zweiteiligen Gehäuses von 7.
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9 ist eine perspektivische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform einer Wälzlageranordnung von 3, die in das zweiteilige Gehäuse von 7 eingebaut ist.
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10 ist eine Querschnittsansicht eines vertikalen Schnitts von 9.
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11 ist eine Querschnittsansicht eines horizontalen Schnitts von 9.
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12 ist eine Querschnittsansicht eines horizontalen Schnitts von 9.
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13 ist eine perspektivische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform einer Wälzlageranordnung von 3, die in ein einteiliges Gehäuse eingebaut ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON Beispiel AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In der folgenden Beschreibung wird nur zur Vereinfachung eine bestimmte Terminologie verwendet, die jedoch keinesfalls einschränkend ist. Die Worte ”innere/r”, ”äußere/r”, ”nach innen” und ”nach außen” beziehen sich auf Richtungen zu den Teilen in den Zeichnungen hin oder davon weg. Ein Verweis auf eine Liste von Elementen, die als "mindestens eines von a, b oder c" zitiert werden (wobei a, b und c die Elemente repräsentieren, die aufgelistet werden), bedeutet ein beliebiges einzelnes der Elemente a, b, c oder Kombinationen davon. Die Terminologie umfasst die oben speziell angeführten Begriffe, davon abgeleitete Begriffe und Worte mit ähnlichem Umfang oder Gehalt.
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Bezugnehmend auf 3 und 4 ist dort eine beispielhafte Ausführungsform einer Wälzlageranordnung 10 dargestellt, die sich um eine zentrale Achse 15 dreht und einen Sicherungsring 12, einen Außenring 18, einen Kugelkäfig 14, Kugeln 20 und einen Innenring 16 umfasst. Der Außenring 18 umfasst eine erste innere radiale Oberfläche 25 mit einem äußeren Laufring 24 für die Wälzelemente und einer äußeren radialen Oberfläche 27 mit der ersten umlaufenden Nut 17. Der Innenring 16 umfasst eine äußere radiale Oberfläche 23 mit einem inneren Laufring 22 für die Wälzelemente. Der Innenring 16 und der Kugelkäfig 14 sind optional, da viele Wälzlager ohne diese Komponenten eine axiale und drehungsmäßige Sicherung während des Betriebs erfordern. Aus der Querschnittsansicht in 4 ist ersichtlich, dass ein radial einwärtiger Abschnitt 26 des Sicherungsrings 12 durch die erste umlaufende Nut 17 aufgenommen wird und ein radial auswärtiger Abschnitt 21 über die äußere radiale Oberfläche 27 des Außenrings 18 hinausragt.
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Bezugnehmend auf 5 bis 8 sind dort weitere Details der Einbauschnittstellen des Sicherungsrings 12 dargestellt. 5 zeigt die Wälzlageranordnung 10 von 3 ohne den Sicherungsring 12, um einen ersten Hohlraum oder eine erste Öffnung 19 sichtbar zu machen, die innerhalb der ersten umlaufenden Nut 17 des Außenrings 18 angeordnet ist. Unter Bezugnahme auf die in 6 gezeigte parametrische Darstellung des Sicherungsrings 12 weist ein erstes Ende einen radial nach innen gerichteten Vorsprung 11 auf, während ein zweites Ende einen radial nach außen gerichteten Vorsprung 13 aufweist. Nun bezugnehmend auf 7 und 8 wird dort eine geteilte oder zweiteilige Gehäuseanordnung 48 dargestellt, die eine Bohrung 57 zur Aufnahme der Wälzlageranordnung 10 enthält. Die zweiteilige Gehäuseanordnung 48 weist einen oberen Abschnitt 50 und einen unteren Abschnitt 54 auf, die durch zwei Befestigungselemente 60A, 60B zusammengehalten werden. Eine zweite umlaufende Nut 56 mit einem zweiten Hohlraum 52 ist an einer zweiten inneren radialen Oberfläche 51 der Bohrung 57 vorhanden. Der zweite Hohlraum 52 nimmt bei Einbau der Wälzlageranordnung 10 von 3 den radial nach außen gerichteten Vorsprung 13 an dem zweiten Ende des Sicherungsrings 12 auf.
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Nun bezugnehmend auf 9 bis 12 wird nun erläutert, wie der Sicherungsring 12 und seine jeweiligen Schnittstellen für die axiale und drehungsmäßige Sicherung der Wälzlageranordnung 10 innerhalb der Bohrung 57 der zweiteiligen Gehäuseanordnung 48 sorgen. 9 zeigt die Wälzlageranordnung 10 im innerhalb des zweiteiligen Gehäuses 48 eingebauten Zustand. 10 zeigt eine Querschnittsansicht eines vertikalen Schnitts von 9, die den Sicherungsring 12 in seiner Funktionsstellung und die jeweiligen Schnittstellen sichtbar macht. Der radial nach innen gerichtete Vorsprung 11 an dem ersten Ende des Sicherungsrings 12 greift in den ersten Hohlraum 19 der ersten umlaufenden Nut 17 des Außenrings 18 ein, wodurch ein erster drehfester Befestigungspunkt gebildet wird. Der radial nach außen gerichtete Vorsprung 13 an dem zweiten Ende des Sicherungsrings 12 greift in den zweiten Hohlraum 52 der zweiten umlaufenden Nut 56 des Gehäuses 48 ein, wodurch ein zweiter drehfester Befestigungspunkt gebildet wird. Die Drehung des Außenrings 18 im Uhrzeigersinn relativ zu dem Gehäuse 48 führt dazu, dass der Sicherungsring 12 durch Kompression gespannt wird, aufgrund einer Aufwicklungswirkung, die versucht, den Winkelabstand zwischen dem radial nach innen gerichteten Vorsprung 11 und dem radial nach außen gerichteten Vorsprung 13 des Sicherungsrings 12 zu erhöhen. Die Größenordnung der Drehung im Uhrzeigersinn wird auf eine Winkelstellung begrenzt, in der der radial auswärtige Abschnitt 21 des Sicherungsrings 12 in Kontakt mit der zweiten umlaufenden Nut 56 des Gehäuses 48 gelangt. Ein kleiner ausgelegter Spalt zwischen dem radial auswärtigen Abschnitt 21 des Sicherungsrings 12 und der zweiten umlaufenden Nut 56 wird eine geringere Winkelverschiebung des Außenrings 18 im Uhrzeigersinn relativ zu dem Gehäuse 48 ergeben. Die Drehung des Außenrings 18 gegen den Uhrzeigersinn relativ zu dem Gehäuse 48 führt dazu, dass der Sicherungsring 12 auf Zug gespannt wird, weil er versucht, den radial nach innen gerichteten Vorsprung 11 und den radial nach außen gerichteten Vorsprung 13 des Sicherungsrings 12 näher zusammenzubringen. Die Größenordnung der Drehung gegen den Uhrzeigersinn wird auf eine Winkelstellung begrenzt, in der der radial einwärtige Abschnitt 26 des Sicherungsrings 12 in Kontakt mit der ersten umlaufenden Nut 17 des Außenrings 18 gelangt. Ein kleiner ausgelegter Spalt zwischen dem radial einwärtigen Abschnitt 26 des Sicherungsrings 12 und der ersten umlaufenden Nut 17 wird eine geringere Winkelverschiebung des Außenrings 18 relativ zu dem Gehäuse 48 ergeben. Es ist möglich, den Sicherungsring 12 mit federartigen Eigenschaften zu konstruieren, so dass kein Spalt zwischen dem radial einwärtigen Abschnitt 26 und der ersten umlaufenden Nut 17 vorliegt, was für nur minimales Drehspiel in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn führen würde.
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11 zeigt eine Querschnittsansicht eines horizontalen Schnitts von 9 und veranschaulicht die axiale Sicherungsfunktion des Sicherungsrings 12 und seiner jeweiligen Schnittstellen mit der ersten und zweiten umlaufenden Nut 17, 56. Wenn die Wälzlageranordnung 10 innerhalb des Gehäuses 48 eingebaut ist, wird der Sicherungsring 12 zum Teil innerhalb der ersten umlaufenden Nut 17 und zum Teil innerhalb der zweiten umlaufenden Nut 56 aufgenommen. Diese Anordnung verhindert, dass sich das Wälzlager 10 axial innerhalb der Bohrung 57 des Gehäuses 48 bewegt, falls eine axiale Last auf das Wälzlager 10 in einer axialen Richtung ausgeübt wird.
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Die vorstehend beschriebene Wälzelement-Sicherungsanordnung kann auf Gehäuse beliebiger Materialien angewendet werden, obwohl sie besonders wirksam für Gehäusematerialien ist, die einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als das typische Stahlmaterial, das für den Außenring 18 verwendet wird. 12 veranschaulicht einen Zustand, bei dem die Trennung X zwischen der Bohrung 57 des Gehäuses 48 und dem Außenring 18 vorliegt, also einen Zustand, der bisher im Stand der Technik vermieden wurde, um den drehungsmäßigen und axialen Halt unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen. Die offenbarte beispielhafte Ausführungsform erleichtert die axiale und drehungsmäßige Sicherung selbst dann, wenn die Trennung X zwischen der Bohrung 57 des Gehäuses 48 und dem Außenring 18 vorliegt. Die Trennung X kann einen zusätzlichen Abstand H zwischen dem radial auswärtigen Abschnitt 21 des Sicherungsrings 12 und der zweiten umlaufenden Nut 56 des Gehäuses 48 einführen, wie in 12 gezeigt. Daher wird unter Bezugnahme auf 10 eine Drehung des Außenrings 18 im Uhrzeigersinn relativ zu dem Gehäuse 48 erfolgen, bis der Sicherungsring 12 sich in einem Maße ausrollt, dass der radial auswärtige Abschnitt 21 mit der zweiten umlaufenden Nut 56 des Gehäuses 48 in Kontakt gelangt. Die axiale Sicherung des Außenrings 18 innerhalb der Bohrung 57 des Gehäuses 48 bleibt so lange erhalten, wie die Größe der Trennung X zwischen dem Außenring 18 und dem Gehäuse 48 einen kritischen Abstand nicht überschreitet, bei dem eine Axialkraft auf den Außenring 18 eine axiale Bewegung des Außenrings 18 bewirkt. Liegt ein solcher Zustand vor, so kann der Entwickler des Lagers einfach die Größe des Sicherungsrings 12 so anpassen, dass er, bei entsprechender Anpassung der Größe der zweiten Umfangsnut 56, über die äußere radiale Oberfläche 27 des Außenrings 18 hinausragt, um bei allen Temperatur- und Belastungsbedingungen die axiale Sicherung beizubehalten. Des Weiteren kann die Gestalt des Sicherungsrings 12 und der ersten und zweiten umlaufenden Nut 17, 56 beliebig vorgesehen werden, um die axiale und drehungsmäßige Sicherung des Außenrings 18 innerhalb der Bohrung 57 des Gehäuses 48 zu erleichtern. Da die hier gezeigte Beispielverkörperung auch dann eine axiale und drehungsmäßige Sicherung vorsieht, wenn zwischen dem Außenring 18 und der Bohrung 57 des Gehäuses 48 eine Trennung X besteht, hat der Entwickler des Lagers die Möglichkeit, die Strenge des Reibungssitzes zwischen dem Außenring 18 und der Bohrung 57 zu verringern, was zahlreiche Vorteile mit sich bringt. Ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gehäuses 48 größer jener des Außenrings 18 des Wälzlagers 18, führt ein weniger fester Reibungssitz außerdem zu: 1). geringeren Gehäusespannungen, insbesondere bei sehr tiefen Temperaturen, wenn die Bohrung 57 stärker kontrahiert als der Außenring 18; 2). geringeren Auswirkungen auf das radiale Betriebsspiel des Lagers, besonders bei sehr tiefen Temperaturen, so dass das radiale Betriebsspiel, das bei der Konstruktion des Lagers vorgesehen wird, nicht erhöht werden muss, um einen Zustand zu starker Verringerung des radialen Betriebsspiels zu vermeiden, was zu einem robusteren und potenziell geräuschloseren Lager führt; und 3). geringerem Herstellungsaufwand zum Einpressen der Wälzlageranordnung 10 in das Gehäuse 48.
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Ein mögliches Konstruktionsszenario für ein Gehäuse mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizient als Stahl ist die Verwendung eines Reibungssitzes in einem ersten Abschnitt des Betriebstemperaturbereichs, und des Sicherungsringes 12 und der zugehörigen Schnittstellen in einem zweiten Abschnitt des Betriebstemperaturbereichs Zum Beispiel könnte ein Presssitz zwischen der zweiten inneren radialen Oberfläche 51 der Bohrung 57 des Gehäuses 48 und der äußeren radialen Oberfläche 27 des Außenrings 18 während eines tieferen oder kälteren Abschnitts des Betriebstemperaturbereichs verwendet werden, um eine axiale und drehungsmäßige Sicherung zu gewährleisten, was dann einen ersten Sicherungszustand darstellt; und während eines höheren oder heißeren Abschnitts des Betriebstemperaturbereichs könnte die axiale und drehungsmäßige Sicherung durch den Sicherungsring 12, die erste und zweite umlaufende Nut 17, 56 und den ersten und zweiten Hohlraum 19, 52 vorgesehen werden, was dann einen zweiten Sicherungszustand darstellt. Ferner kann zwischen dem ersten und dem zweiten Sicherungszustand noch ein dritter Übergangszustand vorhanden sein, bei dem die Funktion der drehungsmäßigen und axialen Sicherung von dem Reibungssitz zwischen der Bohrung 57 des Gehäuses 48 und der äußeren radialen Oberfläche 27 des Außenrings 18 auf den Sicherungsring 12 und die zugehörigen Schnittstellen übergeht. So darf z. B. die zweite innere radiale Oberfläche 51 der Bohrung 57 des Gehäuses 48 aufgrund einer potenziell variierenden Wanddicke des Gehäuses, das den Außenring 18 umgibt, nur teilweise oder intermittierend mit der äußeren radialen Oberfläche 27 des Außenrings 18 über den Umfang in Kontakt stehen, wodurch eine teilweise drehungsmäßige und axiale Sicherung bereitgestellt wird; das Vorhandensein des Sicherungsrings 12 und der damit verbundenen Schnittstellen stellt sicher, dass in diesem dritten Übergangszustand eine vollständige drehungsmäßige und axiale Sicherung gewährleistet ist.
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Während in der vorangegangenen Erläuterung ausgehend von der Verwendung des zweiteiligen Gehäuses 48 in den und erfolgte, lässt sich die hier dargestellte beispielhafte Ausführungsform auch auf ein einteiliges Gehäuse 62 anwenden, wie es in 13 gezeigt wird, und bietet dieselben konstruktiven Vorteile.
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Nachdem die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Lageranordnung detailliert beschrieben worden sind, wird der Fachmann erkennen, dass an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zahlreiche physische Veränderungen, von denen nur einige in der vorstehenden detaillierten Beschreibung beispielhaft dargestellt sind, vorgenommen werden können, ohne die darin enthaltenen erfinderischen Konzepte und Prinzipien zu verändern. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als rein der Veranschaulichung dienend und nicht einschränkend zu betrachten, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben wird; alle Änderungen, die dem Sinn und Umfang der Ansprüche gleichwertig sind, sind daher ebenfalls darin aufzunehmen.
