DE102005043072B4

DE102005043072B4 - Aufnahme für ein Lager

Info

Publication number: DE102005043072B4
Application number: DE102005043072A
Authority: DE
Inventors: Volker Wendt
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2005-09-10
Filing date: 2005-09-10
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2025-09-11
Also published as: DE102005043072A1

Abstract

Aufnahme (1) für ein Lager (2), die mindestens eine zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche (3) für einen Ring (4) des Lagers (2) aufweist, wobei die Aufnahme (1) aus einem Leichtmetall oder einer Legierung von Leichtmetallen besteht, gekennzeichnet durch mindestens zwei in Umfangsrichtung als geschlossener Kreisring ausgebildete Federelemente (5) aus Stahl, die im Bereich der Aufnahmefläche (2) angeordnet sind, wobei die Federelemente (5) vollständig vom Material der Aufnahme (1) umgeben sind, wobei der radiale Abstand (a) zwischen der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) und beiden Federelementen (5) zwischen 1% und 5% des Durchmessers (D) der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) beträgt und wobei die Federelemente (5) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnahme für ein Lager, die mindestens eine zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche für einen Ring des Lagers aufweist, wobei die Aufnahme aus einem Leichtmetall oder einer Legierung von Leichtmetallen besteht.
Lageranordnungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ein besonderes Problem stellt sich dann, wenn die Aufnahme samt Lager im Betrieb relativ großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.
Beispielweise kommt es in einem Winkelschleifer zu starken Temperaturschwankungen, die zwischen Zimmertemperatur (20°C) und ca. 100°C liegen können. Der Lagersitz ist zumeist in Press- oder Übergangspassung toleriert, so dass in Abhängigkeit der Temperatur der Bauteile unterschiedliche Sitzfertigkeiten vorliegen, nachdem das Lager aus Stahl, die Aufnahme bzw. das Gehäuse jedoch zumeist aus Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, besteht. In diesem Falle kann es bei zu enger Tolerierung zu hohen Spannungen im kalten Zustand kommen; allerdings ist dann die Pressung zwischen Lagerring und seiner Aufnahme bei höheren Temperaturen günstig. Indes kann bei zu geringer Pressung zwischen Aufnahme und Lagerring, was bei niedrigen Temperaturen positiv ist, bei hohen Temperaturen zu großes Spiel vorliegen, was das Laufverhalten des Lagers negativ beeinflusst.
Die DE 23 16 951 A offenbar hierzu eine Lösung, bei der in ein Leichtmetallgehäuse eine Armierung aus einer Nickel-Eisen-Legierung integriert wird. Im Gehäuse ist eine Aufnahme für einen Wälzlagerring eingearbeitet. Die Armierung ist als ringförmiges Element mit radialen Lochungen ausgebildet, wobei sich radial erstreckende, strahlenförmig ausgebildete Fortsätze vorgesehen sind, um das Gehäuse zu versteifen. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass das mit eingegossene Verstärkungselement relativ aufwändig hergestellt werden muss, was die Lösung verteuert.
Aus der DE 17 25 127 U ist es bekannt, beim Einbau von Wälzlagern in Leichtmetallgehäusen dieses mit einem über den Lagersitz aufgezogenen bzw. aufgeschrumpften Stahlring zu bewehren. Damit soll auch bei Temperaturschwankungen die Passung zwischen Lagerring und seiner Aufnahme möglichst wenig beeinflusst werden. Nachteilig ist auch hier der relativ hohe Aufwand konstruktiver und montagetechnischer Art.
Die DE 3140 330 C2 zeigt eine Gehäusekonstruktion für ein Getriebe, bei der vorgesehen ist, dass in einen ein Wälzlager aufnehmenden Lagerdeckel aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung ein Stahlblech-Bauteil mit eingegossen wird, um einen Versteifungseffekt zu erzielen und unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Materialien (einerseits eine aus Stahl bestehende Welle, andererseits das Gehäuse aus Leichtmetall) zu kompensieren. Das Verstärkungselement weist dabei eine relativ komplexe Form auf, die sich dem Gehäuseverlauf anpassen muss. Damit ist auch diese Lösung fertigungstechnisch aufwändig und damit teuer.
Bekannt geworden ist es auch, zur Armierung eines insbesondere aus Kunststoff bestehenden Gehäuses, ein Verstärkungselement einzusetzen, das als Wendel ausgebildet ist. Diesbezüglich wird auf die DE 35 14 142 C2 , auf die US 4,065,190 A , auf die EP 487 476 A2 , auf die DE 42 35 611 C2 und auf die DE 33 11 793 A1 hingewiesen. Bei der genannten DE 35 14 142 C2 verläuft die Wendel im Oberflächenbereich der Bohrung der Aufnahme und dient als Griffteil für ein Sperrelement. Auch bei der US 4,065,190 A verläuft die Wendel im Oberflächenbereich der Bohrung, in die ein Lager aufgenommen werden soll.
Der Erfindung liegt im Lichte der vorbekannten Lösungen die Aufgabe zugrunde, eine Aufnahme für ein Lager, insbesondere für ein Wälzlager, der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch bei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Temperaturveränderung der Sitz des Lagerings in der Aufnahme möglichst wenig verändert wird. Dabei soll eine möglichst kostengünstige Realisierung der Aufnahme ermöglicht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens zwei in Umfangsrichtung als geschlossener Kreisring ausgebildete Federelemente aus Stahl, die im Bereich der Aufnahmefläche angeordnet sind, wobei die Federelemente vollständig vom Material der Aufnahme umgeben sind, wobei der radiale Abstand zwischen der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche und beiden Federelementen zwischen 1% und 5% des Durchmessers der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche beträgt und wobei die Federelemente im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sind.
Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass weitgehend unabhängig von der Temperatur der Bauteile stets im wesentlichen dieselbe Passung zwischen dem Lagerring und seiner Aufnahme vorliegt. Das vorgesehene Federelement aus hochfestem Material zieht die sich bei Temperaturerhöhung stark ausdehnende Lageraufnahmefläche elastisch zusammen, so dass sich die Passung nur wenig ändert.
Bei der Ringform kann vorgesehen werden, dass die als Ring ausgebildeten Federelemente eine sich in axialer Richtung erstreckende Wellung aufweisen. Werden mehrere solcher Ringe nebeneinander angesetzt, können sie sich an der jeweiligen Wellung berühren und so einen definierten Abstand zueinander einhalten. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Ringe vor dem Umspritzen mit dem metallischen Material in einem Spritzgießwerkzeug in diesem positioniert werden müssen.
Das Lager ist bevorzugt ein Wälzlager. Der Ring des Lagers, insbesondere dessen Außenring, und die zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche sind bevorzugt mit Press- oder Übergangspassung zueinander toleriert.
Das Material der Aufnahme ist ein Leichtmetall oder eine Legierung von Leichtmetallen. Dabei ist insbesondere an Aluminium oder an Magnesium gedacht.
Durch die kreisförmige Ausgestaltung des Querschnitts des Federelements hat dieses eine O-Ring-förmige Kontur. Es können dabei mehr als zwei ringförmig ausgebildete Federelemente auf demselben Durchmesser in axialer Richtung der Aufnahme bzw. des Lagersitzes nebeneinander entlang der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche angeordnet sein.
Der gewünschte Effekt einer elastischen Einfassung des Lagersitzes kommt bevorzugt zur Geltung, wenn erfindungsgemäß das mindestens eine ringförmig ausgebildete Federelement in radialer Nähe zu der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche angeordnet ist. Ferner haben sich besonders günstige Ergebnisse ergeben, wenn vorgesehen wird, dass der Querschnittsdurchmesser des Federelements zwischen 2% und 5% des Durchmessers der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche beträgt.
Der Stahl des ringförmig ausgebildeten Federelements ist bevorzugt Federstahl, aber auch Baustahl kann verwendet werden.
Die Aufnahme ist mit Vorteil als Gussteil ausgebildet. Sie kann dabei einen sich von der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche radial nach außen erstreckenden Flansch aufweisen. Der Flansch kann zumindest eine Bohrung für den Durchtritt eines Befestigungselements aufweisen.
Die vorgeschlagene Lageranordnung bzw. Aufnahme ist bevorzugt, aber nicht ausschließlich, als Bestandteil eines Winkelschleifers gedacht und kommt dort bevorzugt zur Anwendung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer flanschartig ausgebildeten Aufnahme für ein Wälzlager in teilweise gebrochener Darstellung,
2 eine zu 1 entsprechende Darstellung, aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, und
3 einen Radialschnitt durch einen Ausschnitt der Aufnahme samt Lager.
In den Figuren ist die Aufnahme 1 für ein (nur in 3 dargestelltes) Lager 2 zu sehen. Das Lager 2 hat in üblicher Weise einen Außenring 4, Wälzkörper 8 und einen Innenring 9, mit dem ein nicht dargestelltes Bauteil gelagert werden kann. Die Aufnahme weist für den Außenring 4 eine zylindrische Aufnahmefläche 3 auf. Dabei ist zwischen dem Außenring 4 und der Aufnahmefläche 3 eine leichte Presspassung vorgesehen. Denkbar sind Passungen im Bereich zwischen Press- und Übergangspassung.
Die Aufnahme 1 besteht vorliegend aus Aluminium, während der Lagering 4 aus Wälzlagerstahl besteht. Das bedeutet, dass Aufnahme 1 und Lagerring 4 stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Während beispielsweise Aluminium einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 24 × 10^–6 K^–1 aufweist, hat Stahl einen Wert von ca. 13 × 10^–6 K^–1. Stahl dehnt sich bei Erwärmung also wesentlich weniger als Aluminium aus.
Um Veränderungen in der Passung zwischen Aufnahme 3 und Ring 4 bei Temperaturveränderungen zu minimieren, sind in das Material der Aufnahme 1 eingegossene, d. h. vollständig integral eingebrachte ringförmig ausgebildete Federelemente 5 aus Stahl, insbesondere aus Federstahl, vorgesehen. Von den Federelementen 5 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel vier, auf demselben Durchmesser entlang der Aufnahmefläche 3 nebeneinander angeordnet.
Wie aus 3 hervorgeht, liegen die Federelemente 5 relativ dicht unter der Oberfläche 3 der Aufnahme 1. Der radiale Abstand ist mit a angegeben und beträgt bevorzugt zwischen 1% und 5% des Durchmessers D der Aufnahmefläche 3.
Die einzelnen Federringe 5 sind dabei als O-Ringe ausgebildet, d. h. sie haben einen Querschnitt mit kreisförmiger Gestalt (s. 3). Der Querschnittsdurchmesser d beträgt dabei im Ausführungsbeispiel zwischen 2% und 5% des Durchmessers D der Aufnahmefläche 3.
Die Aufnahme 1 ist flanschartig ausgebildet, d. h. sie erstreckt sich radial nach außen in einen Bereich, der mit Befestigungselementen, beispielsweise mit Schrauben, an einem nicht dargestellten weiteren Bauteil festgelegt werden kann. Wie dargestellt, ist der Flansch 6 der im radialen Außenbereich mit Bohrungen 7 versehen, durch die Schrauben gesteckt werden können.
Werden die vorgeschlagenen O-Ringe als Federelemente 5 eingesetzt, ergibt sich der Vorteil, dass das Material der Aufnahme (Aluminium, Magnesium) beim Herstellen mittels Druckgussspritzen leicht um die Ringe 5 herumfließen kann und so der Fertigungsprozess der Aufnahme 1 nicht behindert wird. Werden – wie im Stand der Technik bekannt – bandförmige Ringe verwendet, ist das Fließverhalten des Materials beim Spritzen unter Umständen stark behindert, was zu Nachteilen bei der Festigkeit des Bauteils fuhrt.

1: Aufnahme
2: Lager
3: Aufnahmefläche
4: Ring des Lagers (Außenring)
5: ringförmig ausgebildetes Federelement
6: Flansch
7: Bohrung
8: Wälzkörper (Kugeln)
9: Innenring
A: axiale Richtung
a: Abstand
D: Durchmessers der Aufnahmefläche
d: Querschnittsdurchmesser

Claims

Aufnahme (1) für ein Lager (2), die mindestens eine zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche (3) für einen Ring (4) des Lagers (2) aufweist, wobei die Aufnahme (1) aus einem Leichtmetall oder einer Legierung von Leichtmetallen besteht, gekennzeichnet durch mindestens zwei in Umfangsrichtung als geschlossener Kreisring ausgebildete Federelemente (5) aus Stahl, die im Bereich der Aufnahmefläche (2) angeordnet sind, wobei die Federelemente (5) vollständig vom Material der Aufnahme (1) umgeben sind, wobei der radiale Abstand (a) zwischen der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) und beiden Federelementen (5) zwischen 1% und 5% des Durchmessers (D) der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) beträgt und wobei die Federelemente (5) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet sind.
Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Ring ausgebildeten Federelemente (5) eine sich in axiale Richtung erstreckende Wellung aufweisen.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (2) ein Wälzlager ist.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (4) des Lagers (2) und die zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche (3) mit Press- oder Übergangspassung zueinander toleriert sind.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Aufnahme (1) Aluminium ist oder enthält.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Aufnahme (1) Magnesium ist oder enthält.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei als Ring ausgebildete Federelemente (5) auf demselben Durchmesser in axialer Richtung (A) nebeneinander entlang der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) angeordnet sind.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsdurchmesser (d) des Federelements zwischen 2% und 5% des Durchmessers (D) der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) beträgt.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl des als Ring ausgebildeten Federelements (5) Federstahl ist.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl des als Ring ausgebildeten Federelements (5) Baustahl ist.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Gussteil ausgebildet ist.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen sich von der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) radial nach außen erstreckenden Flansch (6) aufweist.
Aufnahme nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (6) zumindest eine Bohrung (7) für den Durchtritt eines Befestigungselements aufweist.
Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil eines Winkelschleifers ist.