DE102010046155A1

DE102010046155A1 - Lageranordnung zur Positionierung von Wälzlagern in einem Getriebe

Info

Publication number: DE102010046155A1
Application number: DE102010046155A
Authority: DE
Inventors: Harald Martini; Richard Baier; Martin Groeschel; Thomas Kandler; Thomas Meyer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2012-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) zur Positionierung von Wälzlagern in einem Getriebe, umfassend eine Lagerplatte (3), die jeweils mit einer Aufnahmeöffnung (5, 7) zur Lageraufnahme ausgebildet ist, sowie wenigstens einen Lagerring (9, 11), wobei die Aufnahmeöffnung (5, 7) zur Festlegung des Lagerrings (9, 11) einen Lagersitz (13, 15) aufweist. Hierbei ist der Lagersitz (13, 15) aus dem Material der Lagerplatte (3) ausgeformt. Eine solche Lageranordnung (1) ist mit geringem Aufwand kostengünstig herzustellen und ermöglicht die sichere Positionierung von Wälzlagern.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Positionierung von Wälzlagern in einem Getriebe, umfassend eine Lagerplatte, die jeweils mit einer Aufnahmeöffnung zur Lageraufnahme ausgebildet ist, sowie wenigstens einen Lagerring, wobei die Aufnahmeöffnung zur Festlegung des Lagerrings einen Lagersitz aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Wälzlager werden zur radialen und axialen Abstützung und Fixierung von Wellen in einem Getriebe eingesetzt. Hierzu kommen üblicherweise Lageranordnungen zum Einsatz, die die Wälzlager sicher in ihrer Einbauumgebung fixieren. Dies ist insbesondere bei langen Wellen notwendig, um deren Durchbiegung zu verringern und eine sichere Abstützung zu gewährleisten. Die Wälzlager sind dabei üblicherweise in Ausnehmungen bzw. Aufnahmeöffnungen innerhalb der Lageranordnung positioniert.
In der EP 1 801 438 B1 ist eine Lageranordnung offenbart, die als ein Metallträger für Lager in Kraftfahrzeuggetrieben ausgebildet ist. Die Lagerplatte umfasst hierzu zwei zylindrische Aufnahmeöffnungen, die einander benachbart in dem Metallträger eingebracht sind. In beiden Aufnahmeöffnungen ist jeweils ein Wälzlager aufgenommen. Der Metallträger ist einteilig aus einem Stahlblech gefertigt. Die Aufnahmeöffnungen sind voneinander durch einen als schmale Trennwand ausgebildeten Steg getrennt.
Weiter ist aus der DE 10 2008 045 495 B3 eine Lageranordnung mit einem Lagerträger zur Halterung mindestens zweier nebeneinander angeordneter Lager bekannt. Der Lagerträger besteht aus einem in eine Trägerplatte eingesetzten und mit dieser verbundenen Einsatz. Sowohl die Trägerplatte als auch der Einsatz weisen jeweils Aufnahmeöffnungen für die Positionierung von Lagern auf. Die Aufnahmeöffnungen sind gemäß einer Ausgestaltung bei der Herstellung der Trägerplatte und des Einsatzes, beispielsweise mittels eines Stanz- oder Gießprozesses gleichzeitig mit diesen hergestellt.
Insgesamt kann durch beide vorgenannten Ausgestaltungen eine sichere Befestigung eines Lagerrings in einer Lageranordnung gewährleistet werden. Allerdings müssen in beiden Fällen die Aufnahmeöffnungen vor der Positionierung eines Lagers oder eines Lagerrings separat nachbearbeitet werden, um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lageranordnung anzugeben, die mit geringem Aufwand kostengünstig herzustellen ist und eine sichere Positionierung von Wälzlagern ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung zur Positionierung von Wälzlagern in einem Getriebe, umfassend eine Lagerplatte, die jeweils mit einer Aufnahmeöffnung zur Lageraufnahme ausgebildet ist, sowie wenigstens einen Lagerring, wobei die Aufnahmeöffnung zur Festlegung des Lagerrings einen Lagersitz aufweist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Lagersitz aus dem Material der Lagerplatte ausgeformt ist.
Die Erfindung berücksichtigt, dass für Lageranordnungen neben der sicheren Positionierung von Lagern bzw. deren Lagerringen insbesondere die Verringerung des Herstellungsaufwands und der damit verbundenen Kosten gefordert wird. Bei den bislang eingesetzten Lagerplatten sind die Aufnahmeöffnungen nur durch durchgestelltes (Ziehen, Biegen) Blech gebildet und müssen beispielsweise kalibriert werden. Außerdem behält behalten die durchgestellten Abschnitte im Wesentlichen die Dicke des Ausgangsmaterials und sind deshalb dünnwandig. Oft werden deshalb die Aufnahmeöffnungen durch eingesetzte Buchsen verstärkt, damit die erforderliche Genauigkeit und Stabilität dieser Aufnahmen gewährleistet werden kann. Die Lageranordnungen sind deshalb insbesondere aufgrund der häufig notwendigen zusätzlichen Nachbearbeitungsschritte, Bauteile und Montageschritte teuer.
Aufgrund der Tendenz, den Bauraum in einem Getriebe immer weiter zu minimieren, ergeben sich insbesondere immer geringere Abstände zwischen den Aufnahmeöffnungen. Die zwischen den Aufnahmeöffnungen verbleibenden Stegbereiche sind häufig so schmal, dass sich eine Bearbeitung der Lagerplatte an diesen Stellen besonders schwierig gestaltet. Beim Durchstellen des Bleches kann dieses sich so stark verformen, dass die Aufnahmeöffnung nicht mehr rund ist.
Auch die Verwendung einer zweiteiligen Lagerplatte mit separatem Einsatz bietet keine langfristige Alternative, da zur Befestigung der einzelnen Bauteile der Lagerplatte aneinander zumeist separate Befestigungselemente benötigt werden, die wiederum die Kosten und den Aufwand bei der Fertigung einer Lageranordnung erhöhen.
Die vorgenannte Problematik behebt die Erfindung durch eine Lageranordnung, die zur Positionierung eines Wälzlagers einen Lagersitz zur Verfügung stellt, der aus dem Material der Lagerplatte im wesentlichen durch plastische Materialverdrängung ausgeformt ist. Eine derartige Lagerplatte kommt ohne eine zusätzliche Bearbeitung der Aufnahmeöffnungen, insbesondere im zwischen den Aufnahmeöffnungen ausgebildeten, schwer zugänglichen Stegbereichen aus. Das Ausformen des Materials der Lagerplatte bietet somit die Möglichkeit, den Aufwand und die Kosten bei deren Herstellung entsprechend gering zu halten.
Das Material im Bereich der Lagersitze wird vorzugsweise durch Umbördeln oder Walzprozesse umgeformt. Durch das Umformen kann gezielt eine bleibende Formänderung erreicht werden. Die umgeformten Lagersitze bieten dann auch im Betrieb eine sichere Befestigung und Anlagefläche für einen Lagerring. Auch ist grundsätzlich ein Kaltfließpressen zur Aus- bzw. Umformung anwendbar.
Mit anderen Worten kann durch das Ausformen der Lagersitze aus dem Material der Lagerplatte ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand eine sichere Positionierung eines Lagerrings in einem Lagerträger erreicht werden, insbesondere dann, wenn das Material nach dem Umformen zumindest am Lagersitz dicker als das Blech angehäuft ist. So sieht eine Ausgestaltung der Erfindung eine Lagerplatte aus Blech vor, bei der das aus dem Blech zu dem Bund geformte Material des Bundes in radiale und axiale Richtungen dicker als das Blech der Lagerplatte ist. In die radialen Richtungen, die mit dem Durchmesser der Aufnahmeöffnungen gleichgerichtet sind, wird die Dicke des um die Aufnahmeöffnungen umlaufenden und angehäuften Randes der Lageraufnahme bestimmt. In die axialen Richtungen wird die Breite des die Aufnahmeöffnung umgebenden Randes bestimmt, welche der Breite eines für den Sitz in der Aufnahmeöffnung bestimmten Wälzlagers entsprechen kann.
Die Lagerplatte ist beispielsweise in Form einer im Wesentlichen flachen Platte mit einer Anzahl von Aufnahmeöffnungen gefertigt. Sie ist vorzugsweise einteilig gefertigt, so dass der Montageaufwand gering gehalten werden kann. Die Aufnahmeöffnungen dienen der Positionierung eines Lagerrings im montierten Zustand. Die Anzahl der Ausnehmungen ist hierbei abhängig von der Anzahl der zu lagernden Wellen, wobei insbesondere auch zwei Wellen parallel zueinander gelagert werden können.
Der Lagerring kann je nach Einsatzgebiet für verschiedene Lagerformen ausgebildet sein. Hierbei ist beispielsweise ein als zylindrische Buchse ausgebildeter Lagerring mit ebener Oberfläche denkbar, der sich als Lagerring für ein Kegelrollenlager eignet. Alternativ kann am Innenumfang des Lagerrings auch eine Wälzkörperlaufbahn für die Kugeln eines Kugellagers eingebracht sein. Der Lagerring kann insbesondere durch Sicherungselemente am Innenumfang der Aufnahmeöffnung innerhalb der Lagerplatte festgelegt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Lagersitz für den Lagerring als ein die Aufnahmeöffnung umlaufender, sich axial erstreckender Bund ausgebildet. Am Innenumfang des Bundes liegt vorzugsweise der Lageraußenring mit seinem Außenumfang an. Die Breite des Bundes, also der sich an den Aufnahmeöffnungen in axialer Richtung erstreckende Teil ist hierbei durch die Menge des umgeformten bzw. aus dem Material der Lagerplatte ausgeformten Materials gegeben. Durch das Ausformen und unter Berücksichtigung der Form des zu positionierenden Lagerrings ist der Bund vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Material der Lagerplatte wenigstens im Bereich des Lagersitzes plastisch verformbar. Die plastische Verformbarkeit ermöglicht die irreversible Verformung der Lagerplatte durch Krafteinwirkung und somit eine besonders einfache Fertigung der Lagersitze. Da plastisch verformbaren Materialien nach Wegfall der Krafteinwirkung ihre Form beibehalten, kann ein entsprechend sicherer Halt des Lagerrings im eingebauten Zustand gewährleistet werden. Hierbei kann grundsätzlich durch die Werkstoffwahl Einfluss auf die Verformbarkeit der Lagerplatte genommen werden.
Vorzugsweise ist der umlaufende Bund mittels eines Walzprozesses hergestellt. Das Walzen ist ein Umformverfahren, bei dem das Material eines Bauteils insbesondere durch rotierende Walzen so umgeformt wird, dass dessen Form bleibend geändert wird. Bei der Herstellung der Lagerplatte kann hierzu beispielsweise an der für eine Aufnahmeöffnung vorgesehen Stelle zunächst eine Öffnung in die Lagerplatte eingebracht sein, in welche eine oder mehrere rotierende Walzen eingebracht werden. Durch die Bewegung und den Druck der Walzen kann das Material im Bereich der Öffnung in axialer Richtung verdrängt werden. Hierbei kann sich dann der Lagersitz als ein die Aufnahmeöffnung umlaufender Bund ausbilden. Durch die Wahl der Walzengröße bzw. des Durchmessers der Walze und der aufgewendeten Kraft zur Formung des Lagersitzes lässt sich hierbei beispielsweise die axiale Länge des Bunds einstellen.
Weiterhin kann die Materialstärke des Bundes beispielsweise durch die Wahl der Walzen und durch die Menge des umzuformenden Materials bestimmt und entsprechend an die jeweils gestellten Anforderungen angepasst werden.
Zweckmäßigerweise ist die Lagerplatte aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Diese Ausgestaltung bietet sich an, da bekannte Verfahren, wie z. B. ein Umformverfahren, zur Herstellung verwendet werden können. Dies ermöglicht beispielsweise auch eine einfache Herstellung dünner, gewichtsreduzierter Lagerplatten.
Vorzugsweise ist die Lagerplatte mit einer Anzahl von Durchsetzungen ausgebildet. Durch die Durchsetzungen, die beispielsweise als Vertiefungen in der Lagerplatte eingebracht sein können, lässt sich insbesondere deren Biegesteifigkeit erhöhen.
Zweckmäßigerweise ist der Lagerring in der Aufnahmeöffnung durch eine Anzahl von Sicherungselementen festgelegt, die jeweils axial am Rand des Bundes aufliegen. Die Sicherungselemente können beispielsweise als Sprengringe ausgebildet sein. Bei der Verwendung eines Sicherungselements kann beispielsweise eine Nut im Lagerring eingebracht sein, in welcher das Sicherungselement im zusammengebauten Zustand positioniert ist. Der Lagerring ist durch die Auflage der Sicherungselemente am Rand des Bundes innerhalb der Ausnahmeöffnung gegen ein axiales Verschieben gesichert.
Vorzugsweise sind Sicherungselemente in axialer Richtung beidseitig des Bundes angeordnet. Hierdurch ist der Lagerring beidseitig gegen ein axiales Verschieben gesichert und an der für ihn vorgesehenen Position fixiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Lageranordnung in einer dreidimensionalen Darstellung, sowie
2 einen Ausschnitt der Lageranordnung gemäß 1 in einem Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer Lageranordnung 1 zur Positionierung von zwei Wälzlagern. Die Lageranordnung 1 besteht aus einer Lagerplatte 3, die aus einem Blechwerkstoff gefertigt ist. In der Lagerplatte 3 sind jeweils zwei Aufnahmeöffnungen 5, 7 eingebracht, die zur Positionierung jeweils eines Wälzlagers dienen. In einer solchen Lageranordnung 1 können zwei Wellen koaxial nebeneinander gelagert werden.
Weiterhin weist die Lageranordnung 1 zwei Lageraußenringe 9, 11 auf, die jeweils in einer der Aufnahmeöffnungen 5, 7 gehalten sind. Hierzu ist die Lagerplatte 3 mit zwei Lagersitzen 13, 15 ausgebildet. Die Lagersitze 13, 15 sind jeweils in Form eines sich axial erstreckenden zylindrischen Bundes 17, 19 ausgebildet, die die Aufnahmeöffnungen 5, 7 umlaufen. Die Bunde 17, 19 dienen entsprechend jeweils als Anlagefläche für die Lageraußenringe 9, 11, wobei die Lageraußenringe 9, 11 mit ihrem Außenumfang jeweils am Innenumfang der Aufnahmeöffnungen 5, 7 bzw. der Lagersitze 13, 15 anliegen.
Zur Ausformung der Bunde 17, 19 ist das Material der Lagerplatte 3 im Bereich der Aufnahmeöffnungen 5, 7 bei der Herstellung der Lageranordnung 1 plastisch verformt. Durch die plastische Verformbarkeit wird eine irreversible Formänderung der Lagerplatte 3 im Bereich der Lagersitze 13, 15 ermöglicht und so eine sichere Positionierung der Lageraußenringe 9, 11 im eingebauten Zustand gewährleistet.
Die Bunde 17, 19 bzw. die Lagersitze 13, 15 sind mittels eines Walzprozesses aus dem Material der Lagerplatte 3 geformt. Die axiale Breite der Bunde 17, 19 ist hierbei durch die Menge des umgeformten Materials der Lagerplatte 3 gegeben.
Die Bunde 17, 19 sind mittels eines Walzprozesses aus dem Material ausgeformt. Hierbei ist bei der Herstellung der Lagerplatte 3 an den für die Aufnahmeöffnungen 5, 7 vorgesehen Stellen jeweils ein Loch in die Lagerplatte eingebracht. In dieses Loch wird dann eine rotierende Walze eingeschoben, die durch ihre Bewegung das Material im Bereich der Löcher verdrängt. Hierbei entstehen gleichzeitig die Aufnahmeöffnungen 5, 7 und die diese umlaufenden Bunde 17, 19, die als Lagersitz 13, 15 für die Positionierung der Lageraußenringe 9, 11 genutzt werden.
Weiterhin sind in der Lagerplatte 3 Durchsetzungen 21 eingebracht, die die Biegesteifigkeit der Lageranordnung 1 erhöhen. Die Durchsetzungen 21 sind in Form von Vertiefungen in die Lagerplatte 3 eingestanzt. Die zusätzlichen Bohrungen 23 dienen der Befestigung der Lageranordnung 1 in einem Getriebe.
Zur Positionierung werden die Lageraußenringe 9, 11 innerhalb der Aufnahmeöffnungen 5, 7 jeweils axial beidseitig von als Sprengringe ausgebildeten Sicherungselementen 25, 29 festgelegt, die jeweils am Rand der Bunde 17, 19 anliegen. In 1 ist aufgrund der Darstellung nur jeweils ein Sicherungselement 25, 29 pro Aufnahmeöffnungen 5, 7 zu sehen. Die Lageraußenringe 9, 11 sind somit durch die Sprengringe 25, 27 axial beidseitig gehalten. Die Positionierung der Lageraußenringe 9, 11 wird über Nuten in deren Außenumfang ermöglicht. Dies ist detailliert in 2 gezeigt.
In 2 ist ein Teil einer Lageranordnung 1 gemäß 1 in einem Längsschnitt gezeigt. In den Aufnahmeöffnungen 5, 7 der Lagerplatte 3 sind Lageraußenringe 9, 11 gehalten. Hierbei ist nur der untere Lagerring 11 in einer teilweisen Darstellung gezeigt. Die Beschreibung ist allerdings selbstverständlich auf die komplette Lageranordnung 1 zu übertragen.
In 2 ist der Lagersitz 15 an der Aufnahmeöffnung 7 und den die Aufnahmeöffnung 7 umlaufende, sich axial erstreckende Bund 19. Die Materialstärke des Bundes 19 entspricht hierbei im Wesentlichen der Materialstärke der Lagerplatte 3.
Der Lageraußenring 11 ist in der Aufnahmeöffnung 7 bzw. am Lagersitz 15 mittels zweier Sprengringe 25, 27 axial beidseitig gehalten. Hierzu sind im Außenumfang des Lageraußenrings 11 zwei diesen umlaufende Nuten 29, 31 eingebracht, in denen die Sprengringe 25, 27 positioniert sind. Zwischen den Sprengringen 25, 27 ist der Bund der Lagerplatte 3 angeordnet. Insgesamt kann so eine sichere Positionierung des Lageraußenrings 11 und damit des Lagers in der Lagerplatte 3 im Betrieb gewährleistet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
3: Lagerplatte
5: Aufnahmeöffnung
7: Aufnahmeöffnung
9: Lageraußenring
11: Lageraußenring
13: Lagersitz
15: Lagersitz
17: Bund
19: Bund
21: Durchsetzungen
23: Bohrungen
25: Sicherungselement
27: Sicherungselement
29: Sicherungselement
31: Nut
33: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1801438 B1 [0003]
DE 102008045495 B3 [0004]

Claims

Lageranordnung (1) zur Positionierung von Wälzlagern in einem Getriebe, umfassend eine Lagerplatte (3), die jeweils mit einer Aufnahmeöffnung (5, 7) zur Lageraufnahme ausgebildet ist, sowie wenigstens einen Lagerring (9, 11), wobei die Aufnahmeöffnung (5, 7) zur Festlegung des Lagerrings (9, 11) einen Lagersitz (13, 15) aufweist, der aus dem Material der Lagerplatte (3) ausgeformt ist.
Lageranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Material der Lagerplatte (3) wenigstens im Bereich des Lagersitzes (13, 15) plastisch verformt ist.
Lageranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lagersitz (13, 15) als ein die Aufnahmeöffnung (5, 7) umlaufender, sich in axialer Richtung erstreckender Bund (17, 19) ausgebildet ist.
Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lagersitz (13, 15) mittels eines Walzprozesses ausgeformt ist.
Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Lagerplatte (3) aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.
Lageranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerplatte (3) mit einer Anzahl von Durchsetzungen (21) ausgebildet ist.
Lageranordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Lagerring (9, 11) in der Aufnahmeöffnung (5, 7) durch eine Anzahl von Sicherungselementen (25, 27) axial festgelegt ist, die jeweils axial am Rand des Bundes (17, 19) aufliegen.
Lageranordnung (1) nach Anspruche 7, wobei Sicherungselemente (25, 27) in axialer Richtung beidseitig des Bundes (17, 19) angeordnet sind.
Lageranordnung nach Anspruch 3, mit einer Lagerplatte (3) aus Blech, wobei das aus dem Blech zu dem Bund (17, 19) geformte Material des Bundes (17, 19) in radiale und axiale Richtungen dicker als das Blech der Lagerplatte (3) ist.