CN106164513A - 轴承组合单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承组合单元(1)，包括用于保持至少一个轴承(3)的轴承座(2)，所述轴承座(2)包含用于所述轴承(3)的轴承圈的插口(4)。为了确保在轴承座与轴承之间形状稳定的连接而不破坏轴承，本发明设想的是，轴承座(2)由热固性塑料制成，或者至少包括热固性塑料，在所述轴承座(2)与位于所述插口(4)中的所述轴承(3)的轴承圈之间的连接至少部分通过至少一个由热塑性塑料制成的成型件(5)产生。此外，本发明涉及用于制造这样一个轴承组合单元的方法。

Description

轴承组合单元及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种轴承组合单元(Lageranordnung)，其包括用于安装至少一个轴承的轴承座该轴承座包括用于轴承的轴承圈的插口(Aufnahme)。此外，本发明涉及一种制造此类轴承组合单元的方法。
背景技术
上述类型的轴承组合单元在EP 1 744 071 A2中有所描述。此处假设要将轴承置于相对轴承座而言正确的位置。出于这一目的，要在钢制的轴承圈和同样由钢或钢板制成的轴承座之间注入塑性材料；该塑性材料确保了精确的相对位置。
通常来说，还可假设轴承座完全由塑料制成。可供选择地，能够考虑使用热固性塑料或热塑性塑料。
正如已经公知的，热塑性塑料是能够在特定温度范围内发生热塑性形变的塑料。该过程是可逆的。热塑性塑料与热固性塑料的差别在于如下方面。即，热固性塑料是在其硬化后就不能再发生形变的塑料。热固性塑料是通过化学价键连接来三维交联的硬质聚合物材料。
因此，热固性塑料不具有加热范围，也就是说即使随着温度升高此类材料仍会保持其刚性(Festigkeit)并且具有低的热膨胀，这使得该材料具有高的形状稳定性。相反，热塑性塑料会随着加热而失去其刚性；由此导致在技术上不期望出现的尺寸改变。
因此，由热塑性塑料制造轴承座或轴承覆盖物所带来的问题在于：在加热时由于温度敏感性或丧失刚性所带来的缺点，以及尺寸改变所带来的缺点。然而，由热固性塑料所制成的轴承座或轴承覆盖物在注塑完成后——例如为了提供轴承座——必须不利地进行机械再加工，为此目的需要进行精密的车削或研磨处理。作为一种选择，作为轴承座的钢圈能够被注塑或二次注塑(umspritzt)，然而其进而必须被部分再加工。对于这两种变体，轴承的外圈必须直接安装在热固性塑料的覆盖物中，或者(例如使用紧配合方式)安装在所述钢圈中。此外，还需要部分地(例如通过止动环)实现另一种对滚动轴承的外圈的轴向紧固。
在原则上，对于由热固性塑料的轴承座或覆盖物的注塑制造而言，需要比热塑性注塑更高的温度和更长的停留时间(Verweilzeit)。如果滚动轴承要直接使用热固性塑料来二次注塑，则可能因此发生在轴承的滚动轴承圈中出现结构性改变的风险，并因此使得轴承性能明显恶化。
因此，这两种解决方案——也就是使用热塑性塑料和热固性塑料作为轴承座或覆盖构件的基础材料——具有各自的优缺点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种上述类型的轴承组合单元以及与其制造相关的方法，其中能够避免相应的缺点并且结合优点。因此，应当在轴承座与轴承之间提供尺寸尽可能稳定的连接，但其中要排除对轴承的破坏。
本发明的目标的解决方案的特征在于，轴承座由热固性塑料制成，或者包含至少一种热固性塑料，其中，在轴承的轴承座与轴承圈之间的连接——所述轴承圈位于插口内——至少部分地通过至少一个由热塑性塑料制成的成型件产生。
此处，用于形成成型件的热塑性塑料优选被注入至少一个自由空间，特别是环形间隙中，所述自由空间存在于所述插口的内圆周与所述轴承的轴承圈的外圆周之间。所述自由空间也能够是用热塑性材料填充的轴向间隙。
此处，成型件优选至少在一个轴向端部区域中形成径向凸出部，该径向凸出部在径向上超出所述轴承座和/或所述轴承的轴承圈。由此能够实现通过咬边的轴向固定。成型件优选分别在两个轴向端部区域中形成径向凸出部，这些径向凸出部在径向上超出所述轴承座和/或所述轴承的轴承圈。
轴承座可包括：至少一个通孔，其用于让固定装置，特别是螺钉穿过；并且/或者，至少一个盲孔(21)，其用于让固定装置插入。此外，使用螺栓的固定同样也是有可能的。
成型件的轴向延伸长度优选在所述轴承的轴承圈的轴向延伸长度的20％与500％之间。因此，成型件能够在轴向上被设置为仅相对较短的桥接件，或者，轴承圈还可能实质上是轴向突出的。轴承座优选在轴向上不比轴承宽，并且最多是正好与所述轴承一样宽。
可为由热塑性材料制成的成型件的径向延伸长度定义非常有利的最小值和最大值。
作为一种优选方案，在所述轴承座的插口与所述轴承的轴承圈之间的区域内，所述成型件的最大径向延伸长度s1max(以毫米计)的结果为：
s1max＝1.7613·ln(D0)-1.8079 3mm<D0<50mm
并且
s1max＝1.0811·ln(D0)+0.8021 D0≥50mm
D0为轴承外径，单位mm。
然而，作为一种优选方案，在所述轴承座的插口与所述轴承的轴承圈之间的区域内，所述成型件的最小径向延伸长度为0.1mm。
因此，成型件的前述径向延伸长度落在所述最大值与最小值之间，至于最大值，是根据轴承外径得出的。最大值的确定的基础是上述对数函数。由此，按照非常有利方式得到一种在连接强度与热塑性材料形式的(形成成型件的)材料的使用之间的最佳折衷。
所推荐的轴承组合单元的各种设计方案已特别得到了验证：
一种可能性在于，轴承座在轴向端部区域中径向向内超出所述轴承的轴承圈，从而使得所述轴承的轴承圈配有在轴承座内的轴向咬边。因此，已证明优选的是，所述成型件在所述轴承座的径向向内超出区域与所述轴承的轴承圈之间的轴向间隙中延伸。
此外，轴承的轴承圈可包括圆周凹槽，在所述圆周凹槽中插入止动环，止动环在径向上延伸到位于轴承座中的凹槽内，并且在所述凹槽中通过所述成型件的材料覆盖。
另一可选方案设想的是，所述轴承的轴承圈包括在轴向端部区域中径向向外延伸的法兰。在这种情况下，成型件可在所述法兰与轴承座之间的轴向间隙内延伸。所述法兰与轴承座的端部优选在轴向上是平齐的。
还可设想的是，所述轴承的轴承圈在径向上延伸到所述轴承座中的槽形凹陷部分内，从而使得所述轴承的轴承圈配有在所述轴承座中的双侧轴向咬边，并且所述轴承座(为了实现可安装性这一目的)由至少两个部件组成，所述至少两个部件在轴向上合到一起并共同形成所述槽形凹陷部分。
所述轴承的轴承圈还可包括径向向外延伸的法兰部分，该法兰部分延伸到所述轴承座中的槽形凹陷部分内，从而使得所述法兰部分配有在所述轴承座中的双侧轴向咬边，并且所述轴承座由至少两个部件组成，所述至少两个部件在轴向上合到一起并共同形成所述槽形凹陷部分。
轴承优选为滚动轴承。
根据本发明的优选应用，轴承座形成封闭的外壳形式的机械构件的部件，所述封闭的外壳形式的机械构件特别是电机、风扇或变速器。
根据本发明，用于制造上述类型的轴承组合单元的方法包括以下步骤：
a)将所述轴承的轴承圈置于所述轴承座的插口中；
b)将所述轴承的轴承圈相对于所述轴承座精确对齐到期望的相对终点位置；
c)将熔融状态的热塑性塑料注入到在所述插口的内圆周与所述轴承的轴承圈的外圆周之间的至少一个残留的自由空间，特别是环形间隙中，以便生成所述成型件；
d)令所述成型件的材料固化。
关于这一方面，本发明提出了一种用于轴承座——特别是用于机械组合单元的塑料覆盖物——的混合单元(hybride Einheit)，其中以有针对性的方式组合使用热固性塑料和热塑性塑料。
此外，根据本发明的优选设计方案还可设想的是，已经制成的热固性覆盖物或是热固性轴承座和滚动轴承使用注入热塑性塑料的方法来彼此连接。
热塑性塑料连接的截面应当相对于热固性覆盖物的截面被保持为尽可能小。由此尽可能减少了热塑性塑料的上述缺点。
由于热固性覆盖物与热塑性层的最佳截面比率，因此相比于其覆盖物仅由热塑性材料制成的单元而言，混合塑料覆盖单元保持非常好的形状稳定性，并且具有明显更好的强度特性。
有利的是，不再需要对在壳体覆盖物中的孔座(Bohrungssitz)进行机械再加工；热固性注塑的容差就足够了。
在用于热塑性塑料的注塑的工具中，轴承的良好固定和热固性塑料的轴承座或轴承覆盖物的良好固定使得有可能实现轴承与热固性塑料的覆盖物或热塑性塑料的轴承座的非常精确的同轴对准。
热固性材料还可包含有纤维和/或加强材料。此处还可考虑使用金属板加强材料和类似材料。因此在任何情况下，轴承座至少部分由热固性材料制成。
还可设想分段式的解决方案，根据该解决方案将多个由热塑性材料制成的成型件在圆周上设置到轴承与热固性塑料的轴承座之间。
除了由热塑性塑料组成的材料之外，还可设想的是，也使用其它的构件来产生在轴承与热固性塑料的轴承座之间的连接。
因此，相比于使用现有解决方案的情况，有利地实现了一种低噪声和震动的改进方案。轴承座或覆盖单元的混合设计还可有利地用于对轴承的电流绝缘。因此，关于该特性的特定感兴趣应用领域是电动性的电机。
附图说明
在附图中显示了本发明的示例性实施方式。
图1显示了保持轴承的轴承座的正视图；
图2显示了根据图1的截面A-B；
图3显示了如图2所示实施方式的第一个可供选择的解决方案；
图4显示了如图2所示实施方式的第二个可供选择的解决方案；
图5显示了如图2所示实施方式的第三个可供选择的解决方案；
图6显示了如图2所示实施方式的第四个可供选择的解决方案；
图7显示了如图2所示实施方式的第五个可供选择的解决方案；
图8显示了如图2所示实施方式的第六个可供选择的解决方案；
图9显示了如图2所示实施方式的第七个可供选择的解决方案；
图10显示了如图2所示实施方式的第八个可供选择的解决方案；以及
图11显示了如图2所示实施方式的第九个可供选择的解决方案。
具体实施方式
在图1和2中可看到轴承组合单元1，该轴承组合单元1在本例中形成了电机的覆盖构件。轴承组合单元1包括承载了滚动轴承3的轴承座2。一个未显示的轴通过该轴承3来支撑。
轴承座2由热固性塑料制成，并且被设计为基本上呈环形。在径向靠内的端部区域中，轴承座2包括圆柱形插口4，在该圆柱形插口4中插入轴承3并且特别是插入该轴承3的外圈，在将轴承3插入插口4之后，出现环形间隙。
上述环形间隙由热塑性材料填充，该热塑性材料通过注塑过程引入。由热塑性材料形成成型件5，该成型件5产生了在轴承3的轴承外圈与轴承座2之间的连接。
正如能够在图2中看到的，其中成型件5由热塑性塑料来实现，从而使得径向凸出部6、7、8和9出现在成型件5的两个轴向端部区域中，所述径向凸出部6、7、8和9每个都形成在轴向a上的咬边(Hinterschnitt)并由此确保轴承外圈在轴向上相对于轴承座2被不可改变位置地固定。此处，凸出部6、7、8和9呈环形地绕整个圆周延伸。
为了将轴承座2或覆盖物固定到(未显示的)机械构件上，在轴承座2中设置通孔10，这些通孔被设置成用于让固定螺钉(Befestigungsschraube)穿过。
由热塑性材料制成的成型件5的尺寸小于由热固性材料制成的轴承座2的尺寸。这是根据(在一方面)被引入的成型件5的径向延伸长度s1和(另一方面)轴承座2的径向延伸长度s2得出的。延伸长度s1例如至多为延伸长度s2的15％。在上述的示例性实施方式中是设想轴承座2具有圆形的外圆周。如果不呈圆形，则所述百分比和所述轴承座2的圆周与轴承的旋转轴相距的相应最大或最小距离相关。
如图2所示解决方案的备选方案在图3至10中显示。
在图3中，设想成型件5具有基本上为中空圆柱的形状。然而，在轴承3外圈的中间区域引入凹槽11。采取这种方式的结果是，通过注塑成型件5的热塑性材料，该热塑性材料形成了在轴向a上的咬边，从而使得在轴承座2与轴承3之间产生过盈配合(formschlüssig)的轴向连接，然而——与图2不同——成型件5的轴向端部区域(作为一种选择)与轴承3的外圈或与轴承座2平齐。
当然，这样一个凹槽11通常还可能位于轴承座2中；则在轴承座2与成型件5之间除了材料粘合(Stoffschluss)之外还可能存在轴向上的过盈配合。
也可设想与之相反的设计方案，根据该相反的设计方案，轴承3的外圈(也可能是轴承圈2)包括在轴向的中间区域内的径向突起，成型件5的材料就覆盖在该径向突起上。
正如能够在图3中看到的，成型件5不在轴向上突出到轴承3的外圈的侧面或轴承座2的侧面以外。因此，该突起为零，或者成型件5相对于轴承圈或轴承座在轴向上甚至是凹陷的。
此处，凹槽11或相应的径向凸出部的形状能够以任意方式来设计：例如槽形、杏仁形、阶梯形、或者倾斜的突起或凹陷部分。这些设计方案能够单独在轴承外圈上、或者单独在轴承座上、或者在这两者上实现。
图4显示了另一种解决方案。此处，在与成型件5的接触区域中，轴承座2在径向部分(Radialschnitt)中配有T形结构。结果是在成型件5的注塑之后，在轴承座2与成型件5之间实现了材料粘合的且过盈配合的连接。当然，通常还可设想将这样一种连接用于在轴承3的外圈与成型件5之间的连接。
从图5中，可得出另一种具有不同设计的、在轴承3的外圈与轴承座2之间的连接。
此处，轴承座包括若干个在径向上延伸的开口12(例如孔)，熔融的成型件5的材料能够在在注塑期间流过这些开口；这些材料均匀地流入在轴承3的外圈与轴承座2之间的环形间隙。
在左右两个轴向端部区域中，成型件5的材料流到一起并按照与图2所示类似的方式(见图2中附图标记6、7、8和9的表示)形成了所示的径向凸出部。
因此，(例如被设置为对穿开口(Durchbruch)或孔的)开口允许热塑性材料在成型件5注塑期间从一个端侧(例如从浇注侧)流到另一个端侧。因此，能够借助于热塑性塑料的注塑实现得到改善的材料分布；此外在热固性塑料与热塑性塑料之间产生得到改善的过盈配合。
在轴承3的外圈与轴承座2之间实现了稳固的连接。
图6至10显示了所提出的解决方案的其它变体形式。
在图6中设想的是，轴承座2在一个(即左侧的)轴向端部区域中径向向内延伸超过轴承3的外圈。因此，轴承3的轴承外圈配有在轴承座2中的轴向咬边。在这种情况下，成型件5在轴承座2的径向向内延伸的区域与轴承3的轴承圈之间的间隙13内延伸。
根据图7设想的是，轴承3的外圈包括圆周凹槽14。止动环15被插入该圆周凹槽14。在安装状态下，圆周凹槽14所达到的位置比止动环15更深，从而实现了可安装性(止动环在一圆周点处切断并压到一起，并且被保持在一起直至达到圆周凹槽14的底部为止，以便能够将轴承3在轴向上推入轴承座2中)。在安装状态下——如图7中所示——止动环15径向延伸到轴承座2中的凹槽16内。成型件5的材料已被注塑到该位置中，从而使得这些材料覆盖所述止动环。
在根据图8的解决方案中设想的是，轴承3的轴承圈包括在轴向端部区域(即在右侧轴向端部区域)中径向向外延伸的法兰17。在这种情况下，通过注塑生成的热塑性成型件5延伸到在法兰17与轴承座2之间的轴向间隙18中。在该示例性实施方式中，法兰17和轴承座2的端部轴向平齐。
正如能够在根据图9和图10所示的示例性实施方式中看到的，轴承座2也能够被设置成两件式的(或多件式的)。该轴承座2由部件2’和2”组成，这两个部件在轴向上合到一起并连接。由于在这两个部件2’、2”中相应设置的凹陷部分，轴承座2在其内部形成槽形凹陷部分19，所述槽形凹陷部分19用于容纳轴承外圈或轴承外圈的一部分，使得此处存在轴承座2的双侧轴向咬边，由此实现轴承3相对于轴承座2的轴向固定。
在根据图9的设计方案中设想的是，轴承3的外圈径向延伸到轴承座2内的所述槽形凹陷部分19中，从而使得出现上述的双侧轴向咬边。
同时，根据图10设想的是，轴承3的外圈具有径向向外延伸的法兰部分20。该法兰部分20延伸到轴承座内的槽形凹陷部分19中。进而由此出现双侧轴向咬边。在法兰部分20被置于轴承座2的两个相互接触的部件2’、2”中之后，该法兰部分20通过被注塑的成型件5固定到轴承座2中。
最后，根据附图11的实施方式代表了一种可供选择的或额外的解决方案，即此处不设置通孔10，而是盲孔21。盲孔21允许旋入螺钉，以便将轴承座2附着到一固定设备上。一般来说，盲孔21能够被直接引入轴承座2的材料中，并且在该盲孔中切出螺纹。然而，根据所示示例性实施方式，优选在注塑轴承座2期间将插入构件22引入到注塑模中，从而使得插入构件22完全由轴承座的材料所包围并因此在轴承座22中固定就位。
正如在根据图11的示例性实施方式中可识别出的，为上述目的，在一轴向端部区域中，插入构件22可包括法兰类型的扩展部分(Verbreiterung)，该扩展部分确保了插入构件22被稳固地固定在轴承座2中。借助于轴承座2的固定，可随后将螺钉旋入插入构件22的螺纹23中。
当然，通孔10和盲孔21也能够组合使用。
附图标记列表
1 轴承组合单元
2 由热固性塑料制成的轴承座
2’ 轴承座的部件
2” 轴承座的部件
3 轴承
4 插口
5 由热塑性塑料制成的成型件
6 径向凸出部
7 径向凸出部
8 径向凸出部
9 径向凸出部
10 通孔
11 凹槽
12 开口
13 轴向间隙
14 圆周凹槽
15 止动环
16 轴承座中的凹槽
17 法兰
18 轴向间隙
19 轴承座中的槽形凹陷部分
20 法兰部分
21 盲孔
22 插入构件
23 螺纹
a 轴向
r 径向
s1 成型件的径向延伸长度
s1min 成型件的最小径向延伸长度
s1max 成型件的最大径向延伸长度
s2 轴承座的径向延伸长度
D0 轴承外径

Claims (18)

1.一种轴承组合单元(1)，包括用于保持至少一个轴承(3)的轴承座(2)，所述轴承座(2)包含用于所述轴承(3)的轴承圈的插口(4)，其特征在于，所述轴承座(2)由热固性塑料制成或者至少包括热固性塑料，在所述轴承座(2)与位于所述插口(4)中的所述轴承(3)的轴承圈之间的连接至少部分通过至少一个由热塑性塑料制成的成型件(5)产生。
2.如权利要求1所述的轴承组合单元，其特征在于，用于形成所述成型件的热塑性塑料被注入至少一个自由空间，特别是环形间隙中，所述自由空间存在于所述插口(4)的内圆周与所述轴承(3)的轴承圈的外圆周之间。
3.如权利要求1或2所述的轴承组合单元，其特征在于，所述成型件(5)至少在一个轴向端部区域中，优选在两个轴向端部区域中形成径向凸出部(6、7、8、9)，所述径向凸出部(6、7、8、9)在径向(r)上超出所述轴承座(2)和/或所述轴承(3)的轴承圈。
4.如权利要求1至3中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承座(2)包括至少一个通孔(10)用于让固定装置，特别是螺钉穿过，并且/或者，所述轴承座(2)包括至少一个盲孔(21)用于让固定装置，特别是螺钉插入。
5.如权利要求1至4中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述成型件(5)的轴向延伸长度在所述轴承(3)的轴承圈的轴向延伸长度的20％与500％之间。
6.如权利要求1至5中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，在所述轴承座(2)的插口(4)与所述轴承(3)的轴承圈之间的区域内，所述成型件(5)的最大径向延伸长度(s1max)以毫米计的结果为：
s1max＝1.7613·ln(D0)-1.8079 3mm<D0<50mm
并且
s1max＝1.0811·ln(D0)+0.8021 D0≥50mm
D0为轴承外径，单位mm。
7.如权利要求1至6中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，在所述轴承座(2)的插口(4)与所述轴承(3)的轴承圈之间的区域内，所述成型件(5)的最小径向延伸长度(s1min)为0.1mm。
8.如权利要求1至7中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承座(2)在轴向端部区域中径向向内超出所述轴承(3)的轴承圈，从而使得所述轴承(3)的轴承圈配有在所述轴承座(2)中的轴向咬边。
9.如权利要求8所述的轴承组合单元，其特征在于，所述成型件(5)在所述轴承座(2)的径向向内超出区域与所述轴承(3)的轴承圈之间的轴向间隙(13)内延伸。
10.如权利要求1至7中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承(3)的轴承圈包括圆周凹槽(14)，在所述圆周凹槽(14)中插入止动环(15)，所述止动环(15)在径向上延伸到位于所述轴承座(2)中的凹槽(16)内，并且在所述凹槽(16)中通过所述成型件(5)的材料覆盖。
11.如权利要求1至7中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承(3)的轴承圈包括在轴向端部区域中径向向外延伸的法兰(17)。
12.如权利要求11所述的轴承组合单元，其特征在于，所述成型件(5)在所述法兰(17)与所述轴承座(2)之间的轴向间隙(18)内延伸。
13.如权利要求11或12所述的轴承组合单元，其特征在于，所述法兰(17)与所述轴承座(2)的端部在轴向上平齐。
14.如权利要求1至7中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承(3)的轴承圈在径向上延伸到所述轴承座(2)中的槽形凹陷部分(19)内，从而使得所述轴承(3)的轴承圈配有在所述轴承座(2)中的双侧轴向咬边，并且所述轴承座(2)由至少两个部件(2’、2”)组成，所述至少两个部件(2’、2”)在轴向上合到一起并共同形成所述槽形凹陷部分(19)。
15.如权利要求1至7中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承(3)的轴承圈包括径向向外延伸的法兰部分(20)，所述法兰部分(20)延伸到所述轴承座(2)中的槽形开口(19)内，从而使得所述法兰部分(20)配有在所述轴承座(2)中的双侧轴向咬边，并且所述轴承座(2)由至少两个部件(2’、2”)组成，所述至少两个部件(2’、2”)在轴向上合到一起并共同形成所述槽形凹陷部分(19)。
16.如权利要求1至15中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承(3)是滚动轴承。
17.如权利要求1至16中任一项所述的轴承组合单元，其特征在于，所述轴承座(2)是封闭的外壳形式的机械构件的部件，所述封闭的外壳形式的机械构件特别是电机、风扇或变速器。
18.一种制造如权利要求1至17中任一项所述的轴承组合单元(1)的方法，所述轴承组合单元(1)包括用于保持轴承(3)的轴承座(2)，所述轴承座(2)包括用于所述轴承(3)的轴承圈的插口(4)，
其特征在于
所述方法包括以下步骤：
a)将所述轴承(3)的轴承圈置于所述轴承座(2)的插口(4)中；
b)将所述轴承(3)的轴承圈相对于所述轴承座(2)精确对齐到期望的相对终点位置；
c)将熔融状态的热塑性塑料注入到在所述插口(4)的内圆周与所述轴承(3)的轴承圈的外圆周之间的至少一个残留的自由空间，特别是环形间隙中，以便生成所述成型件(5)；
d)令所述成型件(5)的材料固化。
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