DE10163234A1

DE10163234A1 - Lagerschild für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10163234A1
Application number: DE10163234A
Authority: DE
Inventors: Armin Elser; Thomas Bilsing
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-10
Also published as: EP1458985A1; WO2003056197A1

Abstract

Es wird ein Lagerschild, insbesondere eines Generators für Kraftfahrzeuge mit zumindest einer Lageraufnahme (16) mit einem in der Lageraufnahme (16) angeordneten Lager (25) mit einem Außenring (28) vorgeschlagen, wobei die Lage des Lagers (25) durch Umformen eines Randes (31) der Lageraufnahme (16) in dieser gesichert ist, indem ein Hinterschnitt gebildet ist. Das Lagerschild ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (31) der Lageraufnahme (16) ohne Scherung zu einem Kragen (40) über den Außenring (28) umgeformt ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Lagerschild sowie eine elektrische Maschine mit einem ebensolchen Lagerschild nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 298 09 031 U ist ein Verfahren bekannt, wie ein Kugellager in ein Lagerschild durch Verdrängen von Lagerschildmaterial in der Lageraufnahme des Lagerschilds fixiert werden kann. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass bei einer breiten Überdeckung der Lagernabe durch das verdrängende Werkzeug einerseits besonders hohe Kräfte erforderlich sind, um Material aus dem Lagerschild so zu verdrängen, dass ein Hinterschnitt gebildet wird und andererseits gleichzeitig ein Materialquerschnitt im Lagerschild geschwächt wird. Wählt man dagegen nur einen geringen Überdeckungsgrad, so erzielt man einen nur geringen Querschnitt zwischen dem überdeckenden Kragen und dem restlichem Lagerschild. Dies führt dazu, dass die Haltekräfte oder Auszugskräfte in der Lageraufnahme gering sind. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass das verdrängende Werkzeug eine Kerbe im Lagerschild verursacht, die die Lageraufnahme und deren Anbindung an das verbleibende Lagerschild schwächt. Es besteht hier die Gefahr, dass bei andauernden Erschütterungen des Lagerschildes die Lageraufnahme abbricht. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass je mehr Lagerschildmaterial für die Hinterschneidung benötigt wird, der verbleibende Querschnitt einerseits zwischen der Lageraufnahme und dem verbleibendem Lagerschild immer geringer wird, und andererseits auch der zylindermantelförmige Scherungsquerschnitt - das ist die gedankliche Verlängerung der zylindrischen Lageraufnahme durch die Hinterschneidung - kleiner wird. In der Folge sinken die erforderlichen Auszugskräfte, um das Lager aus der Lageraufnahme herauszuziehen. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass durch das scherende Bearbeiten durch das Werkzeug der Materialzusammenhang im Übergang vom Lagerschild zur Lageraufnahme zerstört wird, so dass dadurch durch eine erzeugte Kerbe die Festigkeit des Lagerschildes im Bereich der Materialverdrängung geschwächt wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Lagerschild mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass der Rand der Lageraufnahme ohne Scherung zu einem Kragen über den Außenring des Wälzlagers umgeformt bzw. umgebogen ist. Der Materialzusammenhang des Lagerschildes wird dadurch nicht geschwächt bzw. verletzt, die Festigkeit bleibt zumindest erhalten und kann sogar durch Kaltverfestigung gesteigert sein.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Lagerschildes nach dem Hauptanspruch möglich.
Führt man den Rand der Lageraufnahme nach radial außen konisch aus, und schließt eine Kegellinie mit einer Lagerachse einen Winkel ein, der einen Wert zwischen 25° und 50° aufweist, so liegt hier ein guter Kompromiß zwischen einer einerseits nicht zu hohen Verformungskraft beim Umformen des Randes (50°) und andererseits einem ausreichendem Mindestwiderstand des Kragens gegen Ausziehkräfte vor (25°). Liegt der Winkel unter den 25°, so ist der Widerstand gegen Ausziehen des Lagers zu gering, andererseits ist bei einem Winkel über 50° die Verformungskraft zu groß. Liegt der Winkel zwischen den Werten von 30° und 45°, wird der Widerstand gegen Ausziehen des Lagers aus der Lageraufnahme erhöht, das Optimum wird in einem Winkelbereich zwischen 35° und 45° erreicht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es günstig, wenn der Kragen der Lageraufnahme nach dem Umformen in radialer Richtung zwischen 2,0 und 3,2 mm über den Außenring ragt. In diesem Wertebereich sind wiederum günstige Auszugskräfte ermittelt worden, bei vergleichsweise vertretbarem Kraftaufwand bei der Umformung und andererseits günstigen. Bearbeitungszeiten. Ein optimaler Bereich liegt zwischen den Werten zwischen 2,4 und 2,9 mm.
Weist der Kragen eine axiale Höhe zwischen 0,8 und 2,0 mm auf, ist auch hier ein günstiges Verhältnis zwischen Auszugskraft und Bearbeitungsaufwand gefunden worden. Der optimale Bereich liegt zwischen 1,1 und 1,5 mm. Dieser Bereich hat darüberhinaus den Vorteil, dass die Anforderungen an eine besonders kompakte Bauweise - d. h. geringe axiale Erstreckung der Lageraufnahme bei gleichzeitig ausreichender Haltekraft in der Lageraufnahme erfüllt werden.
Wählt man für den Außenring des Wälzlagers einen Kantenradius zwischen 1 und 2 mm, erreicht man wiederum einen günstigen Bereich, um einerseits das Fügen des Wälzlagers in die Lageraufnahme vereinfachen zu können und andererseits eine Kerbwirkung im Kragen zu verringern.
Wird der Außenring einrolliert, d. h., wird der Rand durch Niederdrücken von auf dem Rand rollenden Werkzeugen umgeformt, erhält man einerseits sehr gute Festigkeitswerte des gebogenen bzw. umgeformten Kragens. Darüber hinaus erhält man eine sehr gute Oberflächenqualität, die unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen ist. Darüber hinaus ist durch die sehr glatte Oberfläche und dadurch stark verringerte Kerbwirkung die Gefahr der Rissbildung stark verringert.
Steht der Rand über die Lagerschildinnenfläche über, so erhält man einen ungeschwächten ungestuften Übergangsbereich zwischen Lageraufnahme und dem verbleibenden Rest des Lagerschildes.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs hat den Vorteil, dass durch das Verwenden von zumindest einem Lagerschild und einem in dem Lagerschild aufgenommenen Lager die Baugröße der elektrischen Maschine um einige Millimeter verringert werden kann.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Lagerschildes sowie eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Lagerschild dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Nabe des Lagerschildes mit eingesetztem Wälzlager vor dem Rollieren des Randes der Lageraufnahme,
Fig. 2 zeigt das Verfahren des Rollierens,
Fig. 3 zeigt den rollierten Rand in einer vergrößerten Schnittdarstellung nach dem Rollieren,
Fig. 4 zeigt die ganze Nabe des Lagerschildes nach dem Rollieren,
Fig. 5 zeigt die elektrische Maschine mit zwei erfindungsgemäßen Lagerschilden

Beschreibung

In Fig. 1 ist ein Teillängsschnitt eines erfindungsgemäßen Lagerschildes 10 dargestellt. Um eine Achse 13 ist konzentrisch eine Lageraufnahme 16 ringförmig angeordnet. Die Lageraufnahme 16 stellt im Wesentlichen eine Bohrung 19 dar, die zylindrisch ausgebildet ist. Die Lageraufnahme 16 weist an einem axialen Ende einen Ringbund 22 auf, der als Anschlag für ein Lager 25 dient. Der Ringbund 22 dient damit als Definition für die Lage des Lagers 25, insbesondere als Festlager, in eine axiale Richtung. Das Lager 25 ist als Wälzlager ausgebildet und weist einen Außenring 28 auf, der in die Bohrung 19 eingesetzt ist. An einem anderen axialen Ende der Lageraufnahme 16 erstreckt sich ein ringförmiger Rand 31, der nach radial außen konisch ausgebildet ist. Eine Kegellinie 34 schließt mit der Achse 13 einen Winkel α ein.
Dadurch, dass die Bohrung 19 als Mittelachse die Achse 13 aufweist, dient die Darstellung der Winkelangabe in Fig. 1 auch in Bezug zur Achse 13. Gegenüber dem vom Lager 25 wegweisenden Ende des Rands 31 ist ein Werkzeug 37 dargestellt, das dazu dient, den Rand 31 der Lageraufnahme 16 ohne Scherung bzw. scherende Werkstoffbeanspruchung zu einem Kragen 40 umzuformen, der über den Außenring 28 gebogen ist, siehe auch Fig. 2. Die Fig. 1 stellt den Zustand des Lagerschildes 10 mit dem Lager 25 vor dem Umformen des Randes 31 dar. Der Rand 31 steht über eine Lagerschildinnenfläche 32 über.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie mittels der Werkzeuge 37 der Rand 31 der Lageraufnahme 16 ohne Scherung zum Kragen 40 über den Außenring 28 gebogen wird. Die beiden Werkzeuge 37 sind im Prinzip Walzen, die sich im dargestellten Beispiel um Achsen 43 drehen, die senkrecht zur Achse 13 der Lageraufnahme 16 und des Lagers 25 angeordnet sind. Die Achsen 43 könnten auch nicht senkrecht zur Achse 13 angeordnet sein. Die Werkzeuge 37 weisen eine Mantellinie 46 auf, die der Kontur entspricht, die der Kragen 40 nach dem fertigen Einrollieren beziehungsweise Massivumformen einnimmt. Die Mantellinie 46 entspricht im Wesentlichen der Aussenkontur des Kragens 40 nach dem Einrollieren. Die Werkzeuge 37 wiederum drehen sich während des Einrollierens wiederum mittels einer nicht dargestellten Werkzeughalterung um die Achse 13.
Wie bereits zuvor beschrieben, ergeben sich für bestimmte Maße beziehungsweise Maßbereiche günstige Eigenschaften, die anhand von Fig. 3 nachfolgend angegeben werden sollen. Für den Kragen 40 lassen sich verschiedene Maße angeben, die sich zur Lagerbefestigung als günstige Maße beziehungsweise Maßbereiche herausgestellt haben. Als ein erstes Maß ist hier die Breite B zu nennen, mit der der Kragen 40 der Lageraufnahme 16 in radialer Richtung über den Außenring 28 des Lagers 25 ragt. Das Maß B ist als Länge der radialen Erstreckung des Kragens 40 nach radial innen und zwar ausgehend vom Außendurchmesser des Außenrings 28 nach radial innen definiert. In erster Näherung hat sich als günstiger Maßbereich herausgestellt, dass der Kragen 40 zwischen 2,0 und 3,2 mm über den Außenring 28 ragt. In zweiter Näherung hat sich herausgestellt, dass das Maß B im günstigeren Fall zwischen 2,4 und 2,9 mm beträgt.
Auch für eine Höhe H, mit der der Kragen 40 sich über den Außenring 28 erstreckt, hat sich ein günstiger Maßbereich ergeben. Hier gilt in erstes Näherung, dass der Kragen eine Höhe zwischen 0,8 und 2,0 mm hat. In zweiter Näherung, d. h., günstiger, ist eine Höhe zwischen 1,1 mm und 1,5 mm.
Ein Kantenradius R des Lagers 25 ist definiert als der Radius, mit dem eine zylindrische Außenfläche des Außenrings 28 in eine axiale Stirnfläche des Außenrings 28 übergeht. Als günstiger Maßbereich für diesen Kantenradius R des Außenrings 28 gilt der Bereich zwischen 1,0 mm und 2,0 mm.
Für den in Fig. 1 dargestellten Winkel α hat sich in erster Näherung der Winkelbereich zwischen 25° und 50° ergeben. In zweiter Näherung hat sich ein Winkelbereich zwischen 30° und 45° als günstig herausgestellt. Als optimaler Bereich ist der Winkelbereich zwischen 35° und 45° zu nennen.
Fig. 4 zeigt eine räumliche ausschnittsweise Darstellung der Ansicht auf die Lagerschildinnenfläche 32 mit der Lageraufnahme 16. Zu erkennen ist hier beispielsweise der Kragen 40 mit seiner nach außen gerichteten Oberfläche. Durch das gewählte Verfahrens des Rollierens, das eine Massivumformung beziehungsweise Walzen darstellt, weist diese Oberfläche hervorragende Eigenschaften auf und ist beispielsweise härter als eine Oberfläche wie sie nach dem Stand der Technik entsteht.
In Fig. 5 ist eine elektrische Maschine 50 dargestellt, die zwei der erfindungsgemäßen Lagerschilder 10 aufweist. Je nach Erfordernis kann selbstverständlich auch nur eines der beiden Lagerschilder 10 wie beschrieben hergestellt sein.

Claims

1. Lagerschild, insbesondere eines Generators für Kraftfahrzeuge, mit zumindest einer Lageraufnahme (16), mit einem in der Lageraufnahme (16) angeordneten Lager (25) mit einem Außenring (28), wobei die Lage des Lagers (25) durch Umformen eines Randes (31) der Lageraufnahme (16) in dieser gesichert ist, indem ein Hinterschnitt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (31) der Lageraufnahme (16) ohne Scherung zu einem Kragen (40) über den Außenring (28) umgeformt ist.

2. Lagerschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (31) der Lageraufnahme (16) nach radial außen konisch ausgebildet ist, wobei eine Kegellinie (34) mit einer Achse (13) einen Winkel α einschließt, der einen Wert zwischen 25° und 50° hat.

3. Lagerschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (31) der Lageraufnahme (16) nach radial außen konisch ausgebildet ist, wobei eine Kegellinie (34) mit einer Achse (13) einen Winkel α einschließt, der einen Wert zwischen 30° und 45° hat.

4. Lagerschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (31) der Lageraufnahme (16) nach radial außen konisch ausgebildet ist, wobei eine Kegellinie (34) mit einer Achse (13) einen Winkel α einschließt, der einen Wert zwischen 35° und 45° hat.

5. Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (40) der Lageraufnahme (16) in radialer Richtung zwischen 2,0 mm und 3,2 mm über den Außenring (28) ragt.

6. Lagerschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (40) der Lageraufnahme (16) in radialer Richtung zwischen 2,4 mm und 2,9 mm über den Außenring (28) ragt.

7. Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (40) eine Höhe H zwischen 0,8 mm und 2,0 mm hat.

8. Lagerschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (40) eine Höhe H zwischen 1,1 mm und 1,5 mm hat.

9. Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (28) einen Kantenradius R zwischen 1 mm und 2 mm hat.

10. Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (28) einrolliert ist.

11. Lagerschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (31) über eine Lagerschildinnenfläche (32) übersteht.

12. Elektrische Maschine, insbesondere Generator für Kraftfahrzeuge, mit zumindest einem Lagerschild (10) und einem in dem Lagerschild (10) aufgenommenen Lager (25), dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.