DE102004021348B4 - Verfahren zum Befestigen eines Lagers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Befestigen mindestens eines Lagers (1) in oder an einer Lageraufnahme (2) durch Löten mittels eines Lots (3), wobei das Lager einen Innenring (4) und einen Außenring (5) aufweist und wobei die Lageraufnahme (2) eine Aufnahmebohrung (6) oder eine Aufnahmefläche (7) für einen der Lagerringe (4, 5) aufweist,
gekennzeichnet durch
die Verfahrensschritte:
a) Anordnung einer der Lagerringe (4, 5) an oder in der Lageraufnahme (2), so dass ein definierter Abstand (t) zwischen dem Lagerring (4, 5) und der Aufnahmebohrung (6) oder der Aufnahmefläche (7) vorliegt;
b) Erhitzen des angeordneten Lagerrings (4, 5) auf eine erste Temperatur (T1);
c) Erhitzen der Lageraufnahme (2) oder zumindest des an die Aufnahmebohrung (6) bzw. an die Aufnahmefläche (7) angrenzenden Bereichs der Lageraufnahme (2) auf eine zweite Temperatur (T2), die höher ist als die erste Temperatur (T1);
d) Anschließendes Füllen des definierten Abstandes (t) zwischen dem Lagerring...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen mindestens eines Lagers in oder an einer Lageraufnahme durch Löten mittels eines Lots, wobei das Lager einen Innenring und einen Außenring aufweist und wobei die Lageraufnahme eine Aufnahmebohrung oder eine Aufnahmefläche für einen der Lagerringe aufweist.
  • Für eine Vielzahl von Anwendungen im Maschinen- und Fahrzeugbau ist es erforderlich, Lager mit einem Lagerträger bleibend zu verbinden. Beispielsweise wird auf die EP 1 072 806 A2 hingewiesen. Hier wird ein Verfahren zur Befestigung eines Lagers in einem Lagerschild offenbart, wobei das Lagerschild eine Vertiefung zur Aufnahme des Lagers aufweist. Damit eine stabile und präzise Verbindung des Lagers mit dem Lagerschild erfolgen kann, ist hier vorgesehen, dass zunächst eine Positionierungsfläche am Lagerschild angeprägt wird, die für die Positionierung eines Halteblechs benötigt wird. Nach dem Einlegen des Lagers in die Aufnahmefläche des Lagerschilds wird das Halteblech an der Positionierungsfläche angelegt, wobei dies so erfolgt, dass dieses im späteren Betrieb des Lagers eine axiale Kraft auf einen Teil des Lagers ausübt. Dann wird das Halteblech durch Schweißen mit dem Lagerschild stoffschlüssig verbunden.
  • Durch das Schweißen werden sehr hohe Temperaturen erzeugt, die das Lager schädigen können. Daher sehen andere Lösungen vor, statt Schweißen Löten als stoffschlüssige Verbindungstechnik vorzusehen. Die DE 100 12 568 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Riemenscheibe, wobei am Außenumfang des Außenrings eines Wälzlagers ein Rollenmantel angeordnet wird. Dabei ist vorgesehen, dass dieser gleitend auf dem Außenring aufgesetzt wird und dass ein Lot zwischen Außenring und Mantel eingebracht wird, wobei das Lot durch Kapillarwirkung in den Grenzflächenbereich zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen eindringt, um den sich ergebenden Spalt zwischen den beiden Bauteilen zu füllen.
  • Sofern der sich ergebende Spalt zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Bauteilen vollständig mit Lot ausgefüllt ist, ergibt sich ein hervorragender Verbund, der in der Lage ist, hohe Kräfte zu übertragen, wie es insbesondere bei Lagerschildern in Getrieben erforderlich ist. Allerdings hat es sich herausgestellt, dass zur Sicherstellung der möglichst vollständigen Füllung des Spalts mit Lot bereits wieder so hohe Temperaturen erforderlich sind, dass Lagerschädigungen nicht ausgeschlossen werden können.
  • Aus der DE 89 10 981 U1 ist eine Vorrichtung zum Verbinden von Rohren durch eine Lötverbindung bekannt. Die Rohre werden dabei an der Lötstelle mindestens auf Arbeitstemperatur erwärmt. Eine Bindung zwischen den Werkstücken und dem Lotmetall tritt dabei auch auf wenn das Werkstück zwar die Arbeitstemperatur nicht erreicht hat, dafür aber das Lotmetall eine wesentlich höhere Temperatur aufweist.
  • Die WO 98/34053 beschreibt die Verbindung einer Riemenscheibe mit einem Wälzlager. Der Lageraußenring wird in einer Bohrung der Riemenscheibe dabei so angeordnet, dass ein Spalt zwischen beiden Bauteilen verbleibt. In diesen wird geschmolzenes Material eingespritzt, das nach seiner Aushärtung einen festen Verbund der Bauteile herstellt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, den Spalt zwischen Lager und Lageraufnahme zuverlässig mit Lot zu füllen und dennoch absolut sicherzustellen, dass es zu keiner thermischen Schädigung des Lagers kommt, wobei insbesondere an diejenigen Teile des Lagers gedacht ist, die für die Schmierung und Dichtung verantwortlich sind, also an das Schmierfett und die Dichtlippen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
    • a) Einer der Lagerringe wird an oder in der Lageraufnahme angeordnet, so dass ein definierter Abstand, d. h. ein definierter Spalt, zwischen dem Lagerring und der Aufnahmebohrung bzw. der Aufnahmefläche vorliegt.
    • b) Der angeordnete Lagerring wird auf eine erste Temperatur erhitzt.
    • c) Auch die Lageraufnahme oder zumindest der an die Aufnahmebohrung bzw. an die Aufnahmefläche angrenzende Bereich der Lageraufnahme wird auf eine zweite Temperatur erhitzt, die höher ist als die erste Temperatur.
    • d) Anschließend wird der Abstand zwischen dem Lagerring und der Aufnahmebohrung bzw. der Aufnahmefläche mit dem Lot durch Einlaufenlassen schmelzflüssigen Lots in den Abstand gefüllt.
    • e) Schließlich wird die Anordnung bestehend aus Lager, Lageraufnahme und Lot abkühlen gelassen.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Temperatur zwischen 120°C und 160°C liegt. Die zweite Temperatur liegt indes vorzugsweise zwischen 220°C und 240°C. Dabei entspricht die zweite Temperatur mit Vorteil mindestens der Schmelztemperatur des Lots.
  • Besonders hat es sich bewährt, wenn das zum Einsatz kommende Lot ein Weichlot ist und seine Temperatur beim Einlaufenlassen in den definierten Abstand zwischen 200°C und 240°C beträgt. Hierfür bietet sich insbesondere bleifreies Lot an.
  • Der oben genannte Schritt a) kann auch erst nach Durchführung der Schritte b) und/oder c) erfolgen.
  • Hinsichtlich der Ausbildung des Spalts zwischen den beiden Bauteilen, die mit Lot zu füllen sind, hat es sich bewährt, wenn der definierte Abstand zwischen dem Lagerring und der Aufnahmebohrung bzw. der Aufnahmefläche zwischen 10 und 500 μm, vorzugsweise zwischen 50 und 300 μm, liegt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Befestigung zwischen dem Außenring des Lagers an dessen radialer Außenumfangsfläche und der zylindrischen Aufnahmebohrung der Lageraufnahme.
  • Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Befestigung zwischen dem Außenring des Lagers an dessen seitlicher Stirnfläche und der eben ausgebildeten Aufnahmefläche der Lageraufnahme erfolgt.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, eine präzise Lage der beiden zu verbindenden Teile (Lager und Lageraufnahme) zu erreichen. Hierzu sieht eine Fortbildung vor, dass das Lager vor dem Füllen des definierten Abstandes zwischen dem Lagerring und der Aufnahmebohrung bzw. der Aufnahmefläche mit dem Lot mittels einer Positioniervorrichtung relativ zur Lageraufnahme ausgerichtet und gehalten wird. Namentlich kann der Außenring des Lagers vor dem Füllen des Spalts zwischen dem Außenring und der Auf nahmebohrung mit dem Lot koaxial zur zylindrischen Aufnahmebohrung der Lageraufnahme ausgerichtet werden.
  • Fertigungstechnische Vorteile lassen sich erzielen, wenn weiterbildungsgemäß das Erhitzen der Lageraufnahme oder zumindest des an die Aufnahmebohrung bzw. an die Aufnahmefläche angrenzenden Bereichs der Lageraufnahme auf die zweite Temperatur nach obigem Schritt c) mittels elektrischer Induktion erfolgt. Diese kann freilich auch für die Erhitzung des Lagerrings vorgesehen werden.
  • Das Lager ist vorzugsweise ein Wälzlager, d. h. zwischen Innenring und Außenring sind Wälzkörper angeordnet. Das Wälzlager kann als Rillenkugellager ausgebildet und die Lageraufnahme ein Lagerträger für ein Getriebe sein.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist sichergestellt, dass eine Verbindung zwischen Lager und Lagerträger auch unter den Bedingungen der Massenfertigung erreicht wird, die sich durch eine hohe zu übertragende Kraft auszeichnet. Dennoch ist aufgrund der vorgeschlagenen Temperaturführung sicher verhindert, dass es zu einer thermischen Schädigung insbesondere des Lagers kommt; hierbei stellt die Dichtungseinheit des Lagers und das zur Schmierung in das Lager eingebrachte Schmiermittel eine besonders empfindliche Stelle dar. Aber auch Gefügeveränderungen des Lagerstahls sind ausgeschlossen, wie es bei den vorbekannten Lösungen nicht immer zuverlässig ausgeschlossen werden kann.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
  • 1 den Radialschnitt durch ein Wälzlager und einen Lagerträger, wobei dieser eine zylindrische Aufnahmeöffnung für den Außenumfang des Außenrings des Wälzlagers aufweist,
  • 2 dieselbe Anordnung wie in 1, wobei das Wälzlager an einem plattenförmig ausgebildeten, ebenen Lagerträger angeordnet ist.
  • In 1 ist ein Lager 1 dargestellt, das einen Innenring 4 sowie einen Außenring 5 aufweist. Zwischen beiden Ringen sind Wälzkörper 8 angeordnet; es ist als Rillenkugellager ausgebildet.
  • Das Lager 1 ist Bestandteil einer Lageranordnung im Getriebe eines Kraftfahrzeugs und wird durch eine Lageraufnahme 2 in Arbeitsposition gehalten. Zur Aufnahme des Lagers 1 weist die Lageraufnahme 2 eine zylindrisch ausgebildete Aufnahmebohrung 6 auf, die sich axial etwa über die axiale Erstreckung des Lagers 1 ausdehnt.
  • Die Verbindung zwischen dem Außenring 5 des Lagers 1 und namentlich seiner radialen Außenumfangsfläche 9 und der Aufnahmebohrung 6 der Lageraufnahme 2 wird durch ein Lot 3 hergestellt. Hierzu wird wie folgt vorgegangen:
    Mittels einer nur schematisch dargestellten Positioniervorrichtung 11 wird das Lager 1 relativ zur Lageraufnahme 2 vor dem Einbringen des Lots 3 ausgerichtet. Hierbei greift ein dornförmiges Element der Positioniervorrichtung 11 in die Bohrung des Innenrings 4 ein, während ein anderes Teil der Positioniervorrichtung 11 die Lageraufnahme 2 an einer geeigneten Ausrichtfläche greift. Hierdurch ergibt sich bei in die Lageraufnahme 2 eingesetztem Lager 1 – wie es in 1 dargestellt ist – ein Abstand t zwischen der radialen Außenumfangsfläche 9 des Außenrings 5 und der Aufnahmebohrung 6 der Lageraufnahme 2. Die Positioniervorrichtung 11 ist dabei in der Lage, eine exakte Lagerelation zwischen der Lageraufnahme 2 und dem Lager 1 herzustellen. Dies hat in vorteilhafter Weise zur Folge, dass eine besonders genaue Bearbeitung der Aufnahmebohrung 6 der Lageraufnahme 2 nicht erforderlich ist. Eventuell vorhandene Ungenauigkeiten der Außenumfangsfläche 9 des Außenrings 5 des Lagers 1 oder der Aufnahmebohrung 6 der Lageraufnahme 2 werden dadurch ausgeglichen, dass gegebenenfalls der Abstand t, also der Spalt zwischen den beiden zu verbindenden Bauteilen, nicht gleichförmig verläuft.
  • Vor oder nach dem Anordnen des Lagers 1 in der Lageraufnahme 2 wird der Lageraußenring 5 auf eine erste Temperatur T1 und der die Aufnahmebohrung 2 bildende Teil der Lageraufnahme 2 auf eine zweite Temperatur T2 erwärmt. Die erste Temperatur T1 liegt dabei zwischen 120°C und 160°C, während die Temperatur T2 zwischen 220°C und 240°C beträgt. Die Temperaturen sind dabei so gewählt, dass es zu keiner Schädigung des Lagers 1 und namentlich der – nicht dargestellten – Dichtungsanordnung und des Schmiermittels kommt. Andererseits ist durch die genannte Temperierung sichergestellt, dass eine optimale Füllung des Abstandes t mit Lot 3 erfolgt.
  • Das Füllen des Abstandes t mit Lot 3 findet statt, nachdem Lager 1 und Lageraufnahme 2 auf die Temperaturen T1 bzw. T2 erwärmt wurden. Das Lot 3 ist dabei selber in den schmelzflüssigen Zustand überführt und weist eine Lottemperatur T3 auf. Diese Temperatur liegt zumindest geringfügig über der Schmelztemperatur TS des Lots 3.
  • Bewährt hat es sich dabei, dass als Lot 3 ein Weichlot eingesetzt wird. Weichlote sind generell Legierungen aus Zinn (Sn) und Blei (Pb). Zusätzlich werden geringe Mengen von Antimon (Sb), Silber (Ag) oder Kupfer (Cu) hinzugefügt. Die Zusammensetzung des Lots richtet sich nach dem Anwendungsgebiet. Weichlote sind nach DIN 1707 genormt und durch Kurzzeichen gekennzeichnet. Beispielsweise weist das Weichlot PbSn40 60% Blei und 40% Zinn auf, wobei eine Schmelztemperatur von 235°C erreicht wird. Sn60Pb mit 60% Zinn und 40% Blei hat eine Schmelztemperatur von 183°C, Sn60PbAg mit 60% Zinn, 36% Blei und 4% Silber weist eine Schmelztemperatur von 180°C auf.
  • Besonders bewährt hat es sich in jüngster Zeit allerdings, bleifreie Lote einzusetzen.
  • Die Größe des Abstands t liegt im Ausführungsbeispiel zwischen 50 und 300 μm, was im Zusammenwirken mit den genannten Temperaturen einen optimalen Kapillareffekt erzeugt, so dass zuverlässig sichergestellt ist, dass sich der gesamte Raum zwischen der radialen Außenumfangsfläche 9 des Außenrings 5 und Aufnahmebohrung 6 der Lageraufnahme 2 mit Lot 3 ausfüllt. Hierdurch wird ein sehr stabiler Verbund erreicht, der für alle in der Praxis relevanten Anwendungsfälle ausreichend ist.
  • Nachdem das schmelzflüssige Lot 3 in den Abstand t eingebracht ist, kühlt die gesamte Anordnung bestehend aus Lager 1, Lageraufnahme 2 und Lot 3 auf Umgebungstemperatur ab, so dass der Verbindungsvorgang der beiden Teile 1 und 2 abgeschlossen ist.
  • Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung ist in 2 zu sehen. Das Wälzlager 1 wird hier an einer Lageraufnahme 2 angeordnet, die im wesentlichen aus einem ebenen Blech besteht. Hierzu wird zunächst mittels einer nicht dargestellten Positioniervorrichtung das Lager 1 so in Position relativ zur Lageraufnahme 2 gebracht, dass die seitliche Stirnfläche 10 des Lageraußenrings 5 einen definierten Abstand t zur ebenen Aufnahmefläche 7 der Lageraufnahme 2 aufweist.
  • Die zur Verbindung durchzuführenden Verfahrensschritte ergeben sich analog zur Lösung gemäß 1. Hiernach wird der Lageraußenring 5 auf die oben genannte erste Temperatur T1 und der an den Außenring 5 angrenzende Bereich der Lageraufnahme 2 auf die zweite Temperatur T2 erwärmt. Anschließend wird Lot 3 – erwärmt auf die Lottemperatur T3 – in den Abstand t eingebracht, bis dieser vollständig gefüllt ist.
  • Mit dem Erfindungsvorschlag wird es möglich, die relative Lage von Lager 1 und Lageraufnahme 2 präzise gemäß Vorgaben einzuhalten und dennoch sicherzustellen, dass ein sehr stabiler Verbund zwischen beiden Bauteilen gegeben ist.
    • 1
    Lager
    2
    Lageraufnahme
    3
    Lot
    4
    Innenring
    5
    Außenring
    6
    Aufnahmebohrung
    7
    Aufnahmefläche
    8
    Wälzkörper
    9
    radiale Außenumfangsfläche
    10
    seitliche Stirnfläche
    11
    Positioniervorrichtung
    t
    Abstand
    T1
    erste Temperatur
    T2
    zweite Temperatur
    T3
    Lottemperatur
    TS
    Schmelztemperatur des Lots

Claims (15)

  1. Verfahren zum Befestigen mindestens eines Lagers (1) in oder an einer Lageraufnahme (2) durch Löten mittels eines Lots (3), wobei das Lager einen Innenring (4) und einen Außenring (5) aufweist und wobei die Lageraufnahme (2) eine Aufnahmebohrung (6) oder eine Aufnahmefläche (7) für einen der Lagerringe (4, 5) aufweist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Anordnung einer der Lagerringe (4, 5) an oder in der Lageraufnahme (2), so dass ein definierter Abstand (t) zwischen dem Lagerring (4, 5) und der Aufnahmebohrung (6) oder der Aufnahmefläche (7) vorliegt; b) Erhitzen des angeordneten Lagerrings (4, 5) auf eine erste Temperatur (T1); c) Erhitzen der Lageraufnahme (2) oder zumindest des an die Aufnahmebohrung (6) bzw. an die Aufnahmefläche (7) angrenzenden Bereichs der Lageraufnahme (2) auf eine zweite Temperatur (T2), die höher ist als die erste Temperatur (T1); d) Anschließendes Füllen des definierten Abstandes (t) zwischen dem Lagerring (4, 5) und der Aufnahmebohrung (6) bzw. der Aufnahmefläche (7) mit dem Lot (3) durch Einlaufenlassen schmelzflüssigen Lots (3) in den Abstand (t); e) Anschließendes Abkühlenlassen der Anordnung bestehend aus Lager (1), Lageraufnahme (2) und Lot (3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur (T1) zwischen 120°C und 160°C beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur (T2) zwischen 220°C und 240°C beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur (T2) mindestens der Schmelztemperatur (TS) des Lots (3) entspricht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Einsatz kommende Lot (3) ein Weichlot ist und seine Temperatur (T3) beim Einlaufenlassen in den definierten Abstand (t) zwischen 200°C und 240°C beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Einsatz kommende Lot (3) ein bleifreies Lot ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) gemäß Anspruch 1 nach den Schritten b) und/oder c) gemäß Anspruch 1 erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Abstand (t) zwischen dem Lagerring (4, 5) und der Aufnahmebohrung (6) bzw. der Aufnahmefläche (7) zwischen 10 und 500 μm, vorzugsweise zwischen 50 und 300 μm, beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung zwischen dem Außenring (4) des Lagers (1) an dessen radialer Außenumfangsfläche (9) und der zylindrischen Aufnahmebohrung (6) der Lageraufnahme (2) erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung zwischen dem Außenring (4) des Lagers (1) an dessen seitlicher Stirnfläche (11) und der eben ausgebildeten Aufnahmefläche (7) der Lageraufnahme (2) erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (1) vor dem Füllen des definierten Abstandes (t) zwischen dem Lagerring (4, 5) und der Aufnahmebohrung (6) bzw. der Aufnahmefläche (7) mit dem Lot (3) mittels einer Positioniervorrichtung (11) relativ zur Lageraufnahme (2) ausgerichtet und gehalten wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (4) des Lagers (1) vor dem Füllen des definierten Abstandes (t) zwischen dem Außenring und der Aufnahmebohrung (6) mit dem Lot (3) koaxial zur zylindrischen Aufnahmebohrung (6) der Lageraufnahme (2) ausgerichtet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen der Lageraufnahme (2) oder zumindest des an die Aufnahmebohrung (6) bzw. an die Aufnahmefläche (7) angrenzenden Bereichs der Lageraufnahme (2) auf eine zweite Temperatur (T2) nach Schritt c) gemäß Anspruch 1 mittels elektrischer Induktion erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Wälzlager ist und zwischen Innenring (3) und Außenring (4) Wälzkörper (8) angeordnet sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (1) ein Rillenkugellager und die Lageraufnahme (2) ein Lagerträger für ein Getriebe ist.
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