DE102007014024A1

DE102007014024A1 - Lager mit integrierten Klebemitteln zur Befestigung in einem Gehäuse oder auf einer Welle

Info

Publication number: DE102007014024A1
Application number: DE102007014024A
Authority: DE
Inventors: Michael Pausch
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-09-25
Also published as: WO2008116442A2; WO2008116442A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager, insbesondere zur Befestigung in einem Gehäuse (06) oder auf einer Welle, mit einem Außenring (02) und einem Innenring. Das Lager (01) weist auf bzw. in der Mantelfläche der Innenringbohrung oder/und auf bzw. in der Außenfläche (03) des Außenrings (02) Klebemittel (05) auf. Die Klebemittel (05) sind dabei so ausgestaltet, dass sie erst beim Aufschieben des Lagers (01) auf die Welle bzw. Einbringen des Lagers (01) in das Gehäuse (06) ihre Klebewirkung entfalten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Lager, welches zur Befestigung in einem Gehäuse oder auf einer Welle mit Klebemitteln ausgestattet ist.
Die Befestigung von ringförmigen Lagern, wie z. B. Wälzlagern in einem Gehäuse oder auf einer Welle erfolgt bislang häufig über einen Pressvorgang. Hierzu dienen mechanische bzw. hydraulische Pressen. Hydraulische Pressen (Hydraulikmuttern, Ringkolbenpressen) kommen zum Einsatz, wenn mit mechanischen Hilfsmitteln, zum Beispiel Wellenmuttern oder Druckschrauben, die erforderlichen Aufpresskräfte nicht mehr aufgebracht werden können. Ein Verfahren zum Montieren eines Lagers auf einer konischen Sitzfläche, wie beispielsweise einer Welle, mit Hilfe einer Ringkolbenpresse kann der DE 695 29 731 T2 entnommen werden. Bei der Montage werden innere Spannungen erzeugt, wodurch ein Press- oder Festsitz erhalten wird. Das Lager wird gestreckt, während die Welle zusammengedrückt oder kompri miert wird. Die Montage kleinerer Lager erfolgt durch manuelles Auftreiben der Lager mittels Hammer und Schlagbüchse. Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass es durch den Pressvorgang und die damit verbundenen Kräfte zu Beschädigungen der Lagerringe, Wellen und Gehäuse kommen kann. Die Verfahren sind relativ aufwendig und erfordern zusätzliche Montagehilfsmittel.
Die aufzubringende Presskraft und die damit verbundene Beschädigungsgefahr können reduziert werden, indem die Lagerringe vor der Montage entsprechend temperiert werden. Das bedeutet, dass bei der Montage eines Lagers auf einer Welle der Innenring erhitzt wird, während bei der Montage eines Lagers in ein Gehäuse der Außenring abgekühlt wird. Durch den zusätzlichen Temperierungsvorgang kann es jedoch wiederum zu Beschädigungen der Lagerringe kommen. Vor allem der Kühlvorgang birgt die Gefahr der Wasserkondensation und somit der Korrosion der Laufflächen und/oder Wälzköper in sich.
Weiterhin ist es bekannt, Lager mit Hilfe von Spannhülsen, Spannbuchsen und Toleranzringen, wie beispielsweise Blechringe zur Überbrückung großer Passungsspiele, zu montieren. Bei dieser Art der Montage sind jedoch zusätzliche Befestigungsmittel erforderlich, die einen erhöhten Montage- und Wartungsaufwand mit sich bringen.
Die Befestigung von Lagern kann auch durch Kleben erfolgen. Bei dieser Art der Befestigung ist neben der Wahl des richtigen Klebstoffs, der unter anderem eine gute Beständigkeit in einem möglichst großen Temperaturbereich aufweisen sollte, auch eine genaue Klebstoffdosierung und -positionierung wichtig. Überdosierter Klebstoff kann in die Lager gelangen und somit zu Lagerausfällen führen. In der Praxis kommt es immer wieder zu solchen, durch Klebstoffüberdosierung hervorgerufenen Lagerausfällen. Problematisch ist es auch, wenn am Lagereinbauort nicht der richtige Klebstoff zur Verfügung steht und stattdessen ein weniger geeigneter zum Einsatz kommt.
Dabei besteht die Gefahr, dass die Klebeschicht bei für diesen Klebstoff ungünstigen Betriebsbedingungen beschädigt wird und dadurch keine sichere Befestigung des Lagers mehr gewährleistet werden kann. Auch die positionsgenaue Aufbringung des Klebstoffs kann erhebliche Schwierigkeiten bereiten; beispielsweise ist die gleichmäßige Verteilung des Klebstoffs am Innenring eines Lagers bei kleinen Lagerdurchmessern nicht einfach.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Lager zur Verfügung zu stellen, welches ohne Pressvorgang oder unter Aufbringung von nur kleinen Kräften in einem Gehäuse bzw. auf einer Welle befestigt werden kann, wobei auf eigenständig zu handhabende und erst während der Montage anzubringende Befestigungsmittel verzichtet werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Lager gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
Das erfindungsgemäße Lager zeichnet sich dadurch aus, dass das Lager an einer Kontaktfläche, also auf bzw. in der Mantelfläche der Innenringbohrung oder/und auf bzw. in der Außenfläche des Außenrings Klebemittel aufweist, wobei die Klebemittel so ausgestaltet sind, dass sie erst beim Aufschieben des Lagers auf die Welle bzw. Einbringen des Lagers in das Gehäuse ihre Klebewirkung entfalten. Die Klebemittel sind dazu als Klebstoffreservoir ausgestaltet, wobei der Klebstoff durch eine Schutzschicht gegen Austrocknen/Aushärten geschützt wird. Die Schutzschicht wird beim Einbau des Lagers vorzugsweise durch die auftretenden Reibkräfte zerstört.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die zur Befestigung des Lagers benötigten Klebemittel bereits bei der Lagerherstellung in das Lager integriert werden und damit Bestandteil des Lagers sind. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, während der Montage zusätzliche Befestigungsmittel bereit zu halten. Durch die Verwendung von Klebemitteln kann auch ohne Einpressvorgang eine sichere Befestigung eines Lagers auf einer Welle bzw. in einem Gehäuse durch Herstellung einer Klebeverbindung erfolgen. Der Klebstoff erzeugt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse und Lager bzw. Welle und Lager. Somit ist auch zur sicheren Befestigung des Lagerrings keine Presspassung notwendig, wodurch sich die zum Fügen benötigte Kraft wesentlich verringert und damit auch die Gefahr der Beschädigung der zu fügenden Partner. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der zur Befestigung des Lagers benötigte Klebstoff nicht mehr am Einbauort separat zur Verfügung stehen muss, da er ja bereits herstellerseitig Bestandteil des Lagers ist. Die Gefahr einer Klebstoffüberdosierung kann dadurch so gut wie ausgeschlossen werden, da das Lager nur mit der zur Befestigung jeweils erforderlichen Klebstoffmenge ausgestattet wird. Die erforderliche Klebstoffmenge kann im Vorfeld für die jeweilige Lagerart ermittelt werden und dann automatisch während der Lagerherstellung zugeführt werden. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass stets Klebeverbindungen mit gleich bleibend guter Qualität herstellbar sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Klebemittel in Vertiefungen der Mantelfläche der Innenringbohrung bzw. der Außenfläche des Außenrings angeordnet. Die Klebemittel sind dabei jedoch nicht vollständig innerhalb der Vertiefungen angeordnet. Die Klebemittel ragen also zu einem gewissen Teil aus den Vertiefungen heraus. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Vertiefungen als umlaufende Nuten ausgebildet sind. Nach einer weitergebildeten Ausführungsform kann eine schraubenlinienförmige Nut in die Mantelfläche der Innenringbohrung bzw. die Außenfläche des Außenrings eingebracht sein. Bei anderen Ausführungsformen können auch mehrere ringförmige Nuten in die Mantelfläche der Innenringbohrung bzw. die Außenfläche des Außenrings verteilt eingebracht sein.
Weiterhin hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, wenn die Vertiefungen als axiale Nuten ausgebildet sind, welche in die Mantelfläche der Innenringbohrung bzw. die Außenfläche des Außenrings verteilt eingebracht sind. Wenn an der Gegenfläche der Welle bzw. des Lagergehäuses ebenfalls axiale Nuten eingebracht werden, kann dies für eine axiale Verschiebung des Lagers auf der Welle bzw. im Gehäuse genutzt werden, ohne dass während der axialen Verschiebung die äußere Schutzschicht der Klebemittel durch Reibkontakt zerstört wird. Wenn das Lager durch axiale Verschiebung an den Einbauort verbracht ist, wird es dort verdreht, sodass die Klebemittel in Reibkontakt mit der Welle bzw. dem Gehäuse kommen. Dadurch wird der in den Klebemitteln bevorratete Klebstoff freigegeben, um zur Herstellung der Klebeverbindung zur Verfügung zu stehen.
Von Vorteil ist es, wenn die innerhalb der Vertiefungen angeordneten Klebemittel als Klebstoffkugeln ausgeführt sind. Der Klebstoff innerhalb dieser Klebstoffkugeln ist flüssig. Die Klebstoffkugeln bilden damit jeweils ein Reservoir für den enthaltenen Klebstoff. Die Mantelschicht der Klebstoffkugeln schützt den Klebstoff vor dem Austrocknen bzw. Aushärten und ist in Abhängigkeit von der gewählten Klebstoffart ausgewählt. Beim Einsetzten des Lagers in die Lagerstelle platzen die Kugeln durch die Reibung an der Welle bzw. am Gehäuse auf. Der austretende flüssige Klebstoff verteilt sich auf dem Lagerring und sorgt für die Befestigung des Lagers in der Lagerstelle.
Eine abgewandelte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Klebemittel vor dem Einbau des Lagers nicht aus den Vertiefungen in der Mantelfläche der Innenringbohrung bzw. der Außenfläche des Außenrings hinausragen. Dies gestattet die Positionierung des Lagers an lang gestreckten Wellen oder Gehäusen ohne das die Klebemittel den bevorrateten Klebstoff zunächst freigeben, der sich in solchen Einbausituationen andernfalls an nicht gewünschten Wellen- bzw. Gehäusebereichen verteilen würde. Erst wenn das Lager am endgültigen Einbauort positioniert ist wird der Klebstoff aus den Klebemitteln freigegeben, indem die das Reservoir einschließende Mantelschicht zerstört wird. Dies kann beispielsweise durch lokale Erwärmung erfolgen, die durch gezielte Bestrahlung der Klebemittel mit Mikrowellen, UV-Strahlung, Ultraschall oder auf andere Weise hervorgerufen werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befinden sich auf der gesamten Mantelfläche der Innenringbohrung oder/und der gesamten Außenfläche des Außenrings Klebemittel. Die Klebemittel sind dabei von einer Schutzschicht überdeckt. Die Schutzschicht schützt den Klebstoff vor Aushärtung. Beim Einsetzten des Lagers in die Lagerstelle wird durch die dabei auftretende Reibung zwischen Lagerring und Gehäuse bzw. Welle die Schutzhaut zerstört, so dass der Klebstoff seine Klebewirkung entfalten kann. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass sie sich durch einen verringerten Fertigungsaufwand auszeichnet. Im Gegensatz zu den Varianten mit Klebstoffkugeln, entfällt hier die Notwendigkeit, die Lagerringe mit Vertiefungen zur Aufnahme der Klebemittel zu versehen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn als Klebemittel ein schnell aushärtender Klebstoff zum Einsatz kommt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine schnelle Befestigung des richtig positionierten Lagers in der Lagerstelle erfolgt. Bei längeren Aushärtevorgängen würde die Gefahr bestehen, dass sich das einmal positionierte Lager eventuell wieder verschieben könnte. Außerdem würde sich die Montagedauer erhöhen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kommt als Klebemittel ein auf den Betriebstemperaturbereich des Lagers abgestimmter temperaturbeständiger Klebstoff zum Einsatz. Die Temperaturgrenzen der verwendeten Klebstoffe liegen bevorzugt im Bereich zwischen –20°C und 100°C. Durch den Einsatz eines derartigen, temperaturbeständigen Klebstoffs wird verhindert, dass die Klebeschicht durch Einfluss der Umgebungstemperatur beschädigt wird und somit keine sichere Verbindung mehr zwischen Lager und Lagerstelle gegeben ist.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lagers;
2 ein in ein Gehäuse eingebautes erfindungsgemäßes Lager in einer Schnittdarstellung.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lagers. Das Lager 01 umfasst einen Außenring 02 und einen Innenring (nicht dargestellt). In die Außenfläche 03 des Außenrings 02 sind Vertiefungen in Form einer umlaufenden schraubenlinienförmigen Nut 04 eingebracht. Bei anderen Ausführungsformen kann die Außenfläche 03 mit mehreren, über die Außenfläche 03 verteilten, ringförmigen umlaufenden Nuten versehen sein. Es sind auch Ausführungsvarianten möglich, bei denen die Vertiefungen als axiale Nuten ausgebildet sind. Es soll keine Einschränkung auf die hier genannten Ausführungsvarianten für die Vertiefungen erfolgen. Andere Ausführungen sind durchaus denkbar.
Wichtig ist, dass die Vertiefungen möglichst gleichmäßig verteilt in die Außenfläche 03 eingebracht sind. Innerhalb der Nut 04 befinden sich Klebemittel 05. Die Klebemittel 05 sind hier als Klebstoffkugeln ausgeführt. Die Klebstoffkugeln 05 sind so angeordnet, dass sie sich nicht vollständig innerhalb der Nut 04 befinden, d. h. sie ragen teilweise aus der Nut 04 heraus. Die Klebstoffkugeln 05 sind mit flüssigem Klebstoff gefüllt. Als zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, wenn ein auf den Betriebstemperaturbereich des Lagers abgestimmter temperaturbeständiger Klebstoff zum Einsatz kommt. Der gewählte Klebstoff sollte nach dem Öffnen der Klebstoffkugeln möglichst schnell aushärten. Das Aushärten kann z. B. durch Erwärmen der Lagerstelle unterstützt werden.
Die in 1 dargestellte Ausführungsform des Lagers eignet sich zur Befestigung in einem Gehäuse. Alternativ können die Vertiefungen auch in die Mantelfläche der Innenringbohrung eingebracht sein. Solche Ausführungsformen würden zur Befestigung auf einer Welle zum Einsatz kommen. Natür lich ist es auch möglich, dass sowohl die Mantelfläche der Innenringbohrung als auch die Außenfläche des Außenrings mit Vertiefungen versehen sind, in welchen Klebemittel angeordnet sind. Derart ausgestaltete Lager könnten auf einer Welle oder in einem Gehäuse befestigt werden.
Die Klebemittel 05 können auch auf die gesamte Außenfläche 03 des Außenrings 02 direkt aufgebracht sein. In diesem Fall müssen dann natürlich keine Nuten in die Außenfläche eingebracht werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Klebemittel vor dem Einbau des Lagers von einer Schutzschicht überdeckt, um den Klebstoff vor Aushärtung zu schützen.
2 zeigt ein in ein Gehäuse eingebautes erfindungsgemäßes Lager in einer Schnittdarstellung. Beim Einbringen des Lagers 01 in das Gehäuse 06 kommt es bei geeigneter Bemessung des Lagergehäuses zur Reibung zwischen der Außenfläche 03 des Außenrings und dem Gehäuse 06. Die Abmessungen sind derart gewählt, dass sich das Lager leicht in das Gehäuse einführen lässt, jedoch eine umfängliche Reibkontaktierung zu den Klebemitteln gegeben ist. Aufgrund dieser Reibung platzen die Klebstoffkugeln 05 auf und der darin enthaltene flüssige Klebstoff 07 tritt aus und verteilt sich auf der Außenfläche 03. Der Klebstoff 07 erzeugt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse 06 und Lager 01. Gehäuse 06 und Lager 01 sind nun verschiebesicher miteinander verbunden. Somit ist zur sicheren Befestigung des Außenrings 02 im Gehäuse 06 keine Presspassung mehr notwendig.
Bei der oben genannten alternativen Ausführungsform, bei der die Klebemittel auf der gesamten Außenfläche 03 des Außenrings 02 direkt aufgebracht sind und durch eine Schutzschicht vor Aushärtung geschützt sind, würde beim Einbringen des Lagers in das Gehäuse aufgrund der dabei auftretenden Reibung die Schutzschicht zerstört werden. Der Klebstoff kann nun für eine kraftschlüssige Verbindung von Gehäuse und Lager sorgen.

01: Lager
02: Außenring des Lagers
03: Außenfläche des Außenrings
04: Nut
05: Klebemittel
06: Gehäuse
07: Klebstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69529731 T2 [0002]

Claims

Lager (01) mit einer Kontaktfläche (03) zur Befestigung in einem Gehäuse (06) oder auf einer Welle, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktfläche (03) Klebemittel (05) aufweist, welche ein von einer Schutzschicht umhülltes Klebstoffreservoir bereitstellen, wobei die Klebemittel (05) so ausgestaltet sind, dass die Schutzschicht erst nach oder während der Positionierung des Lagers (01) auf der Welle bzw. im Gehäuse (06) zerstört wird und den im Klebemittel bevorrateten Klebstoff freigibt, um die Klebewirkung zwischen der Kontaktfläche (03) und Welle/Gehäuse zu entfalten.
Lager (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemittel (05) vollständig oder teilweise in Vertiefungen (04) der Kontaktfläche (03) angeordnet sind.
Lager (01) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemittel (05) teilweise aus den Vertiefungen (04) der Kontaktfläche (03) herausragen.
Lager (01) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen als umlaufende Nuten (04) ausgebildet sind.
Lager (01) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine schraubenlinienförmige Nut (04) in die Kontaktfläche eingebracht ist.
Lager (01) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ringförmige Nuten axial beabstandet in die Kontaktfläche (03) eingebracht sind.
Lager (01) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen als axiale Nuten ausgebildet sind, welche umfangsseitig verteilt in die Kontaktfläche eingebracht sind.
Lager (01) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemittel durch die Schutzschicht gekapselte Klebstoffkugeln (05) sind, wobei die Klebstoffkugeln (05) mit einem flüssigen Klebstoff gefüllt sind.
Lager (01) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der gesamten Kontaktfläche (03) des Lagers Klebemittel (05) befinden, wobei die Klebemittel (05) von einer Schutzschicht überdeckt sind.
Lager (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als im Klebemittel (05) bevorrateter Klebstoff ein schnell aushärtender Klebstoff zum Einsatz kommt.
Lager (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als im Klebemittel (05) bevorrateter Klebstoff ein auf den Betriebstemperaturbereich des Lagers (01) abgestimmter temperaturbeständiger Klebstoff zum Einsatz kommt.
Lager (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es als Wälzlager konfiguriert ist.
Lager (01) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche durch die Mantelfläche der Innenringbohrung oder durch die Außenfläche (03) des Außenrings gebildet ist.