CN101861470B - 轴承单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承单元。为防止轴承单元(1)的轴承外壳(6)沿轴承轴线(7-7)方向的轴向移动以及沿圆周方向的扭转，该轴承外壳(6)具有凸出部(17)，该凸出部(17)伴随安装使相邻构件(15)的钻孔(14)在生成凹槽的情况下塑性变形。由此，通过在相邻构件(15)中生成凹槽实现了位置止动和扭转止动，凸出部(17)被形状配合地容纳在该凹槽中。本发明优选用于支承机动车的起动机中的起动机轴。

Description

轴承单元

技术领域

本发明涉及一种轴承单元，尤其是用于机动车的起动机、节流阀、柴油机组或径向活塞泵的轴承单元。

背景技术

在轴承单元中应关注到这一点，即，轴承外壳相对于相邻或邻接的构件（下称“相邻构件”）的位置即使在轴承单元运行中和对于由运行引起的温度变化出现热膨胀时也会保持不变，其中，例如轴承外壳的轴向位移和/或轴承外壳相对于相邻构件的旋转便可被避免。在此，由当前的技术水平所公知的是：轴承外壳应以具有相对于相邻构件余量非常大的压配合进行支撑。选择性地或附加地可以使用借助机械元件的止动，例如借助防护环或螺母，或借助轴承外壳和相邻构件的粘合，借助构成具有法兰式凸缘的轴承外壳，凸缘出于轴向止动的目的贴靠在相邻构件上，或借助相邻构件与轴承外壳的压制以及诸如此类。

由DE-OS1525296公知转向传动机构的轴通过滚针轴承相对于壳壁的一种支承方式。该滚针轴承具有由板材制成的轴承套，滚针在该轴承套上径向外置地滚压。该轴承套具有环形的、由钢板整体式构成的且径向向外突出的卷边或U形折弯，这些形成了法兰式的贴靠部。在装入的状态中法兰式的贴靠部贴靠到壳壁上，由此实现了轴承套以及因此滚针轴承相对于壳壁的形状配合的单侧的轴向止动。在其他方向上附加的轴向止动可以通过使用端面板实现，该端面板具有环形空隙，在该环形空隙中可容纳法兰式贴靠部。端面板与分配给法兰式贴靠部的壳壁外侧相连接，其中法兰式的贴靠部在壳壁与端面板之间被“束缚”。

由DE3931447A1公知一种构成为圆柱滚子轴承的、在机器零件和轴承壳体较软的轴承座面上具有压配合的滚动轴承的布置方式。该滚动轴承的轴承外壳的形状配合的位置止动通过在滚动轴承环和机器零件以及壳体之间的接触区域中的至少的一个环形槽实现。该槽至轴承外壳的圆柱形壳面的锐边过渡。由于在轴承外壳和机器零件以及壳体之间的所选择的压配合机器零件和壳体的材料在安装到槽中时冒出并导致机器零件或壳体的隆起，由此可产生一种起轴向位置止动作用的形状配合。该材料可被收集在槽中。选择性地可通过沿着轴承座的推移运动，轴承座的表面由于槽的锐边伴随同时的焊接效应（Verschweiβeffekt）而出现受损。

由DE2905683A1公知后轮传动机构的车轴的通过构成为两个圆锥滚子轴承的滚动轴承的一种支承方式。圆锥滚子轴承在连接在两个半纵剖面呈L形的衬套中间的情况下被支撑在壳体上，其中，L形的沿纵向定向的臂提供用于支撑滚动轴承的径向力的内部的壳面，而L形的径向向内定向的臂则形成环形法兰。沿纵向定向的臂在其外部的壳面区域中具有在衬套的整个圆周上分布的滚花，该滚花具有确定的轴向长度并借助滚螺纹机制造为如下形式，即，滚花的端部直径或者说顶部直径大于衬套的外径且滚花的内径或基部直径小于衬套的外径。在将衬套装配到壳体的轴承孔中时，衬套以其前面的环形法兰压入轴承孔。借助将衬套的滚花段导入到轴承孔中，滚花的端部或顶部被压到轴承孔的内壁中，其中，轴承孔的内壁的材料被挤入或压入到滚花的齿间空间中，从而内壁容纳滚花的轮廓。因此在滚动轴承的较高转速的情况下以及在较高的环境温度下，衬套的位置止动也可以得到确保。作为衬套滚花的替代，也可以使用一种啮合部，该啮合部同样可借助滚螺纹机制成。

由DE2611218A1公知一种滚动轴承的轴承外壳与壳壁或轴的形状配合的和力配合的连接方式。在此，轴承外壳具有环形的导槽。壳壁或轴的、与轴承外壳相比较软的材料借助冲模以如下方式变形，即，该材料沿径向进入轴承外壳的导槽。以减小借助冲模所施加的压紧力为目的进一步建议如下，即，通过在冲模与壳壁或冲模与轴之间的沿圆周方向上的离散分配的接触位置将材料仅区段式地压入到轴承外壳的导槽中。

最后，由DE10153432C1公知一种构成为球轴承的、其外圈具有径向定向的法兰的滚动轴承。该法兰具有沿周线方向上的环形的楔形凸出部，该凸出部形成凸模元件。若随滚动轴承借助壳壁的安装使滚动轴承插入壳壁的钻孔直至法兰向着壳壁被压紧，则该凸模元件就会导致壳壁材料径向向内的塑性变形，在该塑性变形的位置，塑性变形的材料被形状配合地容纳在轴承外壳的环形凹隙中。在轴承外壳与壳壁之间的一种附加的连接可通过如下方式实现，即，在法兰旁边（但直接邻近凹隙）处，支撑在壳壁的钻孔中的轴承外壳的壳面设有滚花，造型到壳壁中，从而通过已形成的形状配合消除安装后轴承外壳相对壳壁的扭转。

发明内容

本发明的目的在于提出一种轴承单元，该轴承单元在考虑到制造费用和安装费用的前提下可确保一种轴承外壳相对于相邻构件的良好的位置止动。

在按照本发明的轴承单元中使用一种轴承外壳，该轴承外壳在轴承座面的区域中相对于相邻构件支撑，例如支撑到壳体或壁或轴或轴颈（Zapfen）的容纳孔中。在此，轴承座面可以圆柱形的方式构成或在分段执行（Schnittführung）中沿轴承单元的轴承轴线略微球形地构成。若所涉及的相邻构件为轴，则轴承座面应构成为轴承外壳的径向内置的壳面，而在相邻构件构成为壳体时，轴承座面构成为外部的壳面。在安装轴承外壳和相邻构件之前，轴承外壳已具备至少一个径向地从所述轴承座面向外延伸出的凸出部。由此不同于公开文本DE2611218A1、DE3931447A1和DE10153432C1，在安装过程中不发生（排除了）令安装复杂的且需要精密安装控制（可能在客户要求的情况下）的、用于构成凸出部的塑性变形，而是更以减少的费用进行制造凸出部，又同时在安装之前就已经实现了可能的更好的精密性。当然也可以对按照本发明的特征进行补充地在安装过程中按照上述公开文本实现额外的塑性变形。

由此，本发明首先基本遵循由DE2905683A1公知的并在开头时所阐述的已在安装前进行了连接轮廓的布置的途径。

当然，本发明认识到由DE2905683A1所公知的轴承单元的实施方式除了本来具备的轴承外壳外还需要衬套。通过按照DE2905683A1提出的衬套的滚花虽然可以制造出衬套和壳体之间较好的连接，但是在轴承单元运行中会产生在轴承外壳和衬套之间的不希望发生的位置变化。对此本发明与之不同地提出，将用于与相邻构件连接的凸出部直接安置到轴承外壳中。因此，不仅可减少轴承单元部件的多样性，还能进一步通过节省安装步骤简化安装，并且将根据现有技术的轴套与轴承外壳之间的对轴承单元的运转有负面影响的附加自由度也可得到排除。

另一方面，本发明以如下认知为依据，即，在形式为按照DE2905683A1的啮合或滚花的凸出部的一种规律的、连续环形的分配形式中重要缺点表现如下：

a）若最大安装力给定，则该安装力取决于所希望的由于啮合或滚花的原因产生的弹性变形或塑性变形，齿数越大则在某一齿上最大作用的安装力以及变形就越小。这意味着，通过将作用齿的数量进行增加也提升了齿的制造精度。换一种说法这意味着，在所希望的制造精度被给定的情况下，由DE2905683A1公知的实施方式就需要较大的安装力。

b）另一方面，滚花或齿沿圆周方向连续地或近似连续地与相邻构件共同作用，其中，在相邻齿之间不能设置“变形路径”，而是材料沿圆周方向承受同样大的负荷。

本发明根据上述认知通过如下方式进行解决，即，仅在轴承外壳的部分圆周区域中设置一个或多个凸出部，而同时构成没有凸出部的其他部分圆周区域。因此可减少进行作用的凸出部的总数，这在极端情况下意义重大，即设置有具有至少一个凸出部的仅一个部分圆周区域、两个部分圆周区域、三个部分圆周区域。因此可在不对制造精度和凸出部尺寸以及不对轴承外壳和相邻构件之间的配合提出过高要求的情况下，将所需的安装力和接合力保持得较小。另一方面，不具备凸出部的部分圆周区域可有针对性地被用作变形区域。在按照本发明的轴承单元的构造方式的极端情况中可设置仅一个凸出部，或仅两个、三个或四个凸出部，其可以均匀地或不均匀地沿圆周方向分配。

按照本发明的构造方式的可能的另一个优点在于，即，可以实现仅在一个、两个、三个、四个或多个选择的角位置对轴承外壳和相邻构件进行安装，由此只要轴承外壳相对相邻构件的角定向有效，就能够避免不正确的安装。

对于凸出部与相邻构件之间的连接的构造方式有多种可能。例如，凸出部可随安装被弹性加载，从而凸出部由于弹性的预应力而被挤压到相邻构件的壳面上，该相邻构件的不具备对应的凹槽地构成，从而在凸出部与相邻构件之间产生一种摩擦连接。同样可以考虑的是，相邻构件的壳面具有凹槽，轴承外壳的凸出部随安装被“啮合”到该凹槽中。按照本发明的一种特别建议，在轴承外壳和相邻构件的安装过程中，至少一个凸出部可弹性变形。在此应将至少一个凸出部到轴承外壳的其他部分上的连接以如下方式选择，即，在安装过程中所产生的在凸出部与相邻构件之间的接触面中径向作用的接触应力足够大，以引发相邻构件在接触面的区域中的塑性变形。在此，起作用的接触应力在结构上的设定尤其可如下内容实现，即：

-轴承外壳的材料和刚度，

-凸出部连接到其他轴承外壳组成部件上的尺寸，

-在轴承外壳与相邻构件之间的所选择的配合，以及

-在轴承座面上延伸出的凸出部的大小。

按照本发明的这种构造方式充分利用了这一点，即，出于为滚动体提供滚动面的原因，对于轴承外壳始终选择经硬化的材料，而对于相邻构件则选择相对较软的材料。由此，凸出部可在安装期间或紧随安装之后塑性地造型到相邻构件中，从而在不提高安装费用的情况下实现了一种相邻构件的被造型的凹槽与凸出部之间的形状配合的连接。

-在此，按这种类型制造的形状配合的连接在一方面轴向地，即沿轴承轴线的方向地作用。若凸出部由于沿轴向的安装将一种“沟槽”造型到相邻构件中，则可实现一种沿轴向的形状配合，其沿接合方向大于沿接合方向的反向，即沿“沟槽”的方向。可能的方式还在于，将凸出部沿轴向在两侧无间隙地容纳在塑性造型的凹槽中。

-另一方面，凸出部还可以沿圆周方向形状配合地被容纳在被造型的凹槽中。

到相邻构件中的塑性造型可通过在安装之前或安装期间对相邻构件进行加热得以促进。同样可考虑的是，即，在安装温度下，仅实现凸出部在相邻构件的壳面上的摩擦配合的贴靠，而在轴承单元运行中伴随出现升高的运行温度才实现对配属于凸出部的凹槽进行造型。

按照本发明的另一个建议是，至少一个凸出部在轴向上、即沿轴承轴线方向地布置在通过轴承外壳提供的滚动面的前面或后面。通常对于此类滚动面在圆度、尺寸精确性和表面方面会有较高的要求，当必须在滚动面的区域中生成或布置轴承外壳的凸出部时，这些要求都很难被遵循。本发明在此实现了一种通过在滚动轴承面之外布置凸出部的补救的方式，在滚动轴承面之外通过凸出部所导致的不圆度、尺寸公差或表面损伤基本可被接受或不会发生。

当轴承外壳是例如由环形或条形的毛坯件制成的改型件时，可给出对于按照本发明的轴承单元的一种特别简单的轴承外壳的生产方式。在改型过程中制成具有最接近U形的半纵剖面的轴承外壳。轴承外壳在变形后具备平行于轴承轴线定向的、形成滚动面的主臂。此外，两个侧臂从主臂弯折，从而侧臂横向于轴承轴线定向。在此具有优点的是，至少一个凸出部被布置在从主臂至侧臂的过渡区域中，即尽可能远地布置在主臂的外缘上，从而以提供滚动面的方式构成的轴承外壳的主要功能就可以尽可能小地受到影响。

在侧臂与U形的主臂之间的过渡区域中制造凸出部的另一个可能的优点还在于，即，在该过渡区域中已实现了可致使材料强度提高的改型。额外的用于生成凸出部的改型可进一步导致改型度的提高，与之伴随的是由此产生的进一步提高的强度。

该轴承外壳的多功能性在于，在上述的侧臂之间可束缚至少一个密封件、滚动体和/或轴承保持架，从而它们在轴向上（必要时留一定空隙地）被固定。

本申请人的研究显示，上述所希望的将凹槽通过凸出部以易操控的安装力造型到相邻构件中的效应仅在如下情况下可以实现，即，轴承外壳由经硬化的钢制成，而相邻构件由铝制成。

按照本发明的另一个建议可将按照本发明的轴承单元用于机动车的起动机。在这种情况中，相邻构件可以是起动机的壳体，而起动机的旋转的起动机轴被径向内置地支承在轴承单元中。

本发明具有优点的改进方案由权利要求书、说明书和附图说明给出。在说明书引言中所述的特征的和多个特征组合的优点仅作为范例，这些优点并非必须强制性地由按照本发明的实施方式所实现。其他特征参见图示，尤其是参见所示出的多种部件相互间的几何关系和相关尺寸及这些部件的相关布置和作用连接。本发明的不同实施方式的特征组合或不同权利要求的特征组合同样可能与所选择的权利要求的引用关系不同而在此被提出。还包括一些在个别图示中示出或在图示说明中被提及的特征。这些特征还可能会与不同的权利要求的特征相组合。同样，在权利要求中所实施的特征也可能不被用于其他按照本发明的实施方式。

总之，本发明提供一种轴承单元，所述轴承单元具有：

a）轴承外壳，

b）其中，所述轴承外壳在轴承座面的区域中相对于相邻构件支撑并形成用于所述轴承单元的滚动体的滚动面，

c）其中，在安装所述轴承外壳和所述相邻构件之前，所述轴承外壳具有径向地从所述轴承座面向外延伸出的至少一个凸出部，并且

d）其中，在所述轴承外壳的横截面中，在具有所述至少一个凸出部的部分圆周区域上连接至少一个不具备凸出部的、具有基本上为部分圆柱形壳面的部分圆周区域，

e）其中，所述凸出部通过侧臂与主臂之间的过渡区域的冷变形或热变形制成，为此，将改型工具在轴承轴线的方向上在所述过渡区域的部分圆周区域内压紧到所述过渡区域上，直至所述改型工具挤入到所述过渡区域中并生成凹槽，其中，用于生成所述凹槽而移置的材料在所述改型工具之前形成隆起，所述隆起形成所述凸出部，

f）其中，所述至少一个凸出部到所述轴承外壳的所述部分圆柱形壳面上的连接以下述方式选择，即，在安装轴承外壳和相邻构件期间在所述凸出部与所述相邻构件之间的接触面中能产生径向作用的接触应力，其中所述接触应力足够大，以引发所述相邻构件在所述接触面的区域中的塑性变形，机动车的起动机的旋转的起动机轴被径向内置地支承在所述轴承单元中，其中，所述相邻构件是所述起动机的壳体。

附图说明

本发明的其他特征由下述说明和附图得出，其中，按照本发明的实施例示意性示出。其中：

图1示出根据本发明的不具备相邻构件的轴承单元的纵剖图；

图2示出按照图示1的按照本发明的轴承单元的细节图II-II，以及

图3示出用于按照本发明的轴承单元的轴承外壳的以三维示图示出的简化示图。

图1示出轴承单元1，轴承单元1构成有轴承保持架2、此处在轴承保持架2的两侧布置的密封件3、4、5以及轴承外壳6。轴承外壳6在关于纵轴或轴承轴线7-7的半纵剖面内U形地构成有平行于轴承轴线7-7定向的主臂8以及两个大致相同的长的侧壁9、10，侧壁从主臂8径向向内延伸。由于侧臂9、10是以相同的处理方式由毛坯件改型而来，因此主臂8与侧臂9、10之间的过渡区域被倒圆地构成。侧臂9、10的端侧11、12形成用于轴（未在图中示出）穿透的钻孔。该轴与轴承外壳6一同形成轴承单元1的空心圆柱体形的、环形的内腔13，该内腔在端侧11、12与轴之间具有径向间隙，其中，通过密封件3、4、5实现内腔13的密封。在内腔13中布置并包含有密封件3、4、5、滚动体和轴承保持架2。轴承外壳6被安置在一个相邻构件15（此处为壳体或支撑壁）的钻孔14中。

如按照图2的细节图所示，轴承外壳6在侧臂10与主臂8之间的过渡区域16中被布置有凸出部17。在所示实施例中，主臂8径向外置地形成圆柱形的轴承座面18，轴承座面具有优点地以间隙配合、过渡配合或压配合的方式容纳在相邻构件15的钻孔14中，凸出部17沿径向延伸超出轴承座面18的直径，例如延伸超出50、80、100、150、200、500μm，其中，与上述尺寸偏差±20%也可以。凸出部17在轴承座面18上方径向向外延伸的尺度以图2中以压入深度19表示。

随着将轴承外壳6插入相邻构件15的钻孔14，凸出部17在接触面20的区域内压紧到钻孔14上。在接触面20中作用的接触应力导致相邻构件15在该区域内的塑性变形，该变形的结果即产生凹槽26，在该凹槽中，凸出部17不仅在相对轴承轴线7-7的圆周方向，而且沿轴向都形状配合地被容纳。

在图2示出的实施例中，凸出部17通过过渡区域16的冷变形或热变形制成。为此，将改型工具在轴承轴线7的方向上在过渡区域16的部分圆周区域内压紧到过渡区域上，直至该工具挤入到过渡区域16中并生成凹槽26。用于生成凹槽26而移置的材料可在改型工具之前被“推出”（简单的可与将铁锹在雪堆中推动相比）并在改型工具之前形成隆起，该隆起形成凸出部17。因此，在所述实施例中，凹槽26沿轴向向外位于凸出部17之前。不仅凸出部17的轮廓，而且凹槽26的轮廓都在图2所示的半纵剖图中可以是任意的。例如在所示半纵剖图中，凹槽26被限定为L形，而凸出部17则类似于具有横向于轴承轴线定向的齿面的齿，而另一齿面在从上述齿面的过渡区域中近似平行于轴承轴线7-7定向，并且此后曲线形地过渡到轴承座面18中。

在图3示出的实施例中，轴承外壳6具备仅一个凸出部17，该凸出部在部分圆周区域22上延伸，而余下的其他部分圆周区域23基本构成部分圆柱形。在其中凸出部17能够具有恒定的或变化的压入深度19地构成的部分圆周区域22可以具有1°、2°、4°、5°、8°、10°、15°或20°的圆周角，其中，与上述数值偏差±20%也可以。在可选的构造方式中可设置两个、三个、四个或五个凸出部17，凸出部在所分配的部分圆周区域22中具有相应的部分圆周延伸，于是其中，在相邻的此类凸出部之间就被布置了相应数目的没有凸出部17的缩小的部分圆周区域23。在此，凸出部17可被均匀地或不均匀地沿圆周方向分布。

在所示实施例中，凸出部17通过轴承外壳6的改型产生。同样可能的是，在制造轴承外壳6时已经在其中生成该凸出部或将该凸出部附加地固定在轴承外壳的基体上。

按照本发明，在轴承外壳6与相邻构件15之间的挤压可被较小地保持且仍确保固定的配合。

作为所示凸出部17的替代，即，在不背离按照本发明的通过权利要求所给定的框架的情况下，在轴承外壳6上设置任意的凸起部、保持凸起部、卷边或倒钩。在凸出部17和相邻构件15之间的形状配合的产生对衬套圆周直径（Hüllkreisdurchmesser）不产生影响，其例如可能通过太强挤压以收缩的形式产生。对于改型工具可以例如是某种类型的凿子。

轴承外壳6在部分圆周区域23中具有基本为圆柱形的壳面24。轴承外壳径向内置地形成用于滚动体的滚动面25。

附图标记列表

1.轴承单元

2.轴承保持架

3.密封件

4.密封件

5.密封件

6.轴承外壳

7.纵轴线

8.主臂

9.侧臂

10.侧臂

11.端侧

12.端侧

13.内腔

14.钻孔

15.相邻构件

16.过渡区域

17.凸出部

18.轴承座面

19.压入深度

20.接触面

21.凹槽

22.部分圆周区域

23.部分圆周区域

24.壳面

25.滚动面

26.凹槽

Claims (5)

1.一种轴承单元（1），所述轴承单元（1）具有：

a）轴承外壳（6），

b）其中，所述轴承外壳（6）在轴承座面（18）的区域中相对于相邻构件（15）支撑并形成用于所述轴承单元（1）的滚动体的滚动面（25），

c）其中，在安装所述轴承外壳（6）和所述相邻构件（15）之前，所述轴承外壳（6）具有径向地从所述轴承座面（18）向外延伸出的至少一个凸出部（17），并且

d）其中，在所述轴承外壳（6）的横截面中，在具有所述至少一个凸出部（17）的部分圆周区域（22）上连接至少一个不具备凸出部（17）的、具有基本上为部分圆柱形壳面（24）的部分圆周区域（23），

e）其中，所述凸出部（17）通过侧臂（10）与主臂（8）之间的过渡区域（16）的冷变形或热变形制成，为此，将改型工具在轴承轴线（7）的方向上在所述过渡区域（16）的部分圆周区域内压紧到所述过渡区域（16）上，直至所述改型工具挤入到所述过渡区域（16）中并生成凹槽（26），其中，用于生成所述凹槽（26）而移置的材料在所述改型工具之前形成隆起，所述隆起形成所述凸出部（17），

f）其中，所述至少一个凸出部（17）到所述轴承外壳（6）的所述部分圆柱形壳面（24）上的连接以下述方式选择，即，在安装轴承外壳（6）和相邻构件（15）期间在所述凸出部（17）与所述相邻构件（15）之间的接触面（20）中能产生径向作用的接触应力，其中所述接触应力足够大，以引发所述相邻构件（15）在所述接触面（20）的区域中的塑性变形，机动车的起动机的旋转的起动机轴被径向内置地支承在所述轴承单元（1）中，其中，所述相邻构件（15）是所述起动机的壳体。

2.按权利要求1所述的轴承单元（1），其特征在于，所述至少一个凸出部（17）在轴向上被布置在所述轴承外壳（6）的滚动面（25）的前面或后面。

3.按权利要求2所述的轴承单元（1），其特征在于，所述轴承外壳（6）是改型件，具有U形半纵剖面，具有平行于轴承轴线（7-7）定向的、形成所述滚动面（25）的所述主臂（8），以及具有两个横向于所述轴承轴线（7-7）定向的所述侧臂（9、10），其中，所述至少一个凸出部（17）被布置在从所述主臂（8）至一个侧臂（10）的过渡区域（16）中。

4.按权利要求3所述的轴承单元（1），其特征在于，在所述侧臂（9、10）之间，束缚至少一个密封件（3、4、5）、滚动体和/或轴承保持架（2）。

5.按权利要求1-4中的任一项所述的轴承单元（1），其特征在于，所述轴承外壳（6）由经硬化的钢制成，并且所述相邻构件（15）由铝制成。

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