-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Lageranordnung soll sich insbesondere für ein Radlager eines Kraftfahrzeuges eignen.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Lageranordnungen werden zur axialen und/oder radialen Fixierung eines rotierenden Bauteils wie eines auf einer Achse gelagerten Rades oder einer Welle an einem stehenden Bauteil wie einem Gehäuse verwendet.
-
Dazu weist eine Lageranordnung ein Lager auf, das radiale und/oder axiale Kräfte zwischen dem rotierenden Bauteil und dem stehenden Bauteils aufnimmt und gleichzeitig die Rotation des rotierenden Bauteils ermöglicht. Ferner weist die Lageranordnung Befestigungselemente, wie einen Flansch auf, über die das rotierende beziehungsweise stehende Bauteil am Lager fixierbar ist.
-
Das Lager kann als Gleitlager oder als Wälzlager ausgeführt sein. Während in einem Gleitlager die sich gegeneinander bewegenden Teile in direktem Kontakt miteinander stehen, sind in einem Wälzlager die sich gegeneinander bewegenden Teile über Wälzkörper miteinander verbunden.
-
In der Automobiltechnik werden in der Lageranordnung der eingangs genannten Art in der Regel Wälzlager verwendet. Eine derartiges Wälzlager ist beispielsweise aus der
WO 2009 008 152 A1 bekannt und weist einen Innenring und einen relativ zum Innenring verdrehbaren Außenring auf. Am Innenring wird über einen Flansch das Rad als rotierendes Bauteil fixiert, während der Außenring über einen Flansch an einem Radträger als stehendes Bauteil fixiert wird. Auf diese Weise ist über den Innenring und den Außenring das Rad drehbar am Radträger gelagert.
-
Zur Kraftaufnahme sind die bekannten Flansche massiv und homogen aufgebaut.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lageranordnung anzugeben.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, den Flansch in einer Lageranordnung mittels Vertiefungen wabenförmig zu strukturieren.
-
Die Überlegung geht davon aus, dass in einem derartig strukturierten Flansch die Wandungen der wabenförmigen Vertiefungen ausreichen, um alle an das Lager der Lageranordnung angreifenden Kräfte aufnehmen zu können. Während die Wandungen der wabenförmigen Vertiefungen gegenüber axialen Kräften eine ausreichend hohe Schubspannungsfestigkeit aufweisen, wirken die Wandungen der wabenförmigen Vertiefungen gegenüber radialen Kräfte wie Verstrebungen. Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke kann im Rahmen von Finite-Elemente-Berechnungen weiter optimiert werden.
-
Die Erfindung gibt daher eine Lageranordnung an, die einen Innenring und einen hierzu bezüglich einer Lagermittelachse konzentrisch gelagerten Außenring sowie einen angebundenen Flansch umfasst. In der angegebenen Lageranordnung ist eine Oberfläche des Flansches wenigstens teilweise mittels Vertiefungen wabenförmig strukturiert.
-
Die Lageranordnung ist insbesondere als ein Wälzlager ausgebildet. In einer anderen Ausgestaltung ist die Lageranordnung als ein Gleitlager ausgestaltet.
-
Unter einer wabenförmigen Struktur im Sinne der Erfindung soll eine Aneinanderreihung von Elementarzellen verstanden werden, wobei jede Elementarzelle eine Vertiefung darstellt. Die Aneinanderreihung kann regelmäßig oder unregelmäßig sein. Auch können die einzelnen Elementarzellen bündig aneinander liegen oder voneinander beabstandet sein. Der Begriff „wabenförmig” ist dabei nicht auf eine sechseckige Wabe im Sinne einer Honigwabe beschränkt. Vielmehr sind mit „wabenförmig” beliebige Vielecke umfasst, die gemeinsam die Strukturierung der Flanschoberfläche bilden.
-
Durch die Vertiefungen im Flansch lässt sich der Flansch materialsparender fertigen. Dies hat nicht nur unmittelbar Auswirkungen auf die Herstellungs-, Transport- und Lagerkosten der Lageranordnung mit dem Flansch selbst. Da die Lageranordnung in der Regel in angetriebenen Vorrichtungen, wie einem Fahrzeug Verwendung findet, lassen sich derartige Vorrichtungen mit weniger Energie antreiben, so dass mit der angegebenen Lageranordnung auch Energie eingespart werden kann.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die wabenförmig strukturierte Oberfläche eine axiale Oberfläche, deren Flächennormale demnach in axialer Richtung verläuft. Durch die axiale Ausrichtung lässt sich die wabenförmige Struktur senkrecht in die axiale Oberfläche des Flansches durch Einpressen, Fräßen oder Bohren einarbeiten. Hierdurch ist gewissermaßen eine mechanisch stabile und belastbare T-Struktur geschaffen, die bei einem Fahrzeug beispielsweise durch die Wandungen der Vertiefungen und das mit dem Flansch verbundene Rad oder den Radträger gegeben ist.
-
In einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung durchdringt wenigstens ein Teil der Vertiefungen den Flansch axial. Auf diese Weise lassen sich die Material- und damit die Kostenersparnis in der Lageranordnung mit dem Flansch maximieren. Die Struktur ist damit als eine Vielzahl von parallelen Kanälen vorgegebenen Querschnitt gegeben, die jeweils von axial verlaufenden Wandungen voneinander getrennt sind.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die wabenförmige Struktur durch eine Parkettierung gleichförmiger Vertiefungen gebildet. Dadurch lässt sich ein Satz von Standardwerkzeugen, wie beispielsweise Presstempel, bereitstellen, mit denen die wabenförmige Struktur in die Oberfläche des Flansches mit kurzen Bearbeitungstaktzeiten eingearbeitet werden kann.
-
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Vertiefungen wenigstens semiregulär. Semireguläre Elementarzellen einer Parkettierung werden auch archimedische Elementarzellen genannt. Durch sie wiederholt sich das Muster der wabenförmigen Struktur geometrisch, so dass die Werkzeuge bei der Herstellung des Flansches der angegebenen Lageranordnung regelmäßig positioniert werden können. Die einzelnen Elementarzellen weisen dabei jeweils die gleichen Kantenlängen auf.
-
In einer anderen bevorzugten Ausbildung sind die Vertiefungen kongruent. Kongruente Elementarzellen, die eine Parkettierung ermöglichen werden platonische Elementarzellen genannt. Durch sie kann der notwendige Werkzeugaufwand zur Herstellung des Flansches der angegebenen Lageranordnung weiter reduziert werden. Die einzelnen Elementarzellen weisen dieselbe Form auf, können sich jedoch in ihrer Größe unterscheiden.
-
In einer besonders bevorzugten Ausbildung sind die Vertiefungen sechseckig. Auf diese Weise weisen die einzelnen Elementarzellen der wabenförmigen Struktur die Form von Bienenwaben auf, die das beste Verhältnis von Wandmaterial zu Volumen bilden. Insbesondere können alle sechseckigen Vertiefungen auch dieselbe Größe aufweisen.
-
In einer anderen Ausführung der Erfindung weist der Flansch eine Befestigungsbohrung auf, die zur Lagermittelachse winklig steht. Diese Ausführung geht von der Überlegung geht aus, dass eine herkömmliche Befestigungsbohrung im Flansch keine axialen Kräfte aufnehmen kann, da sie parallel zur Lagermittelachse und damit axial verläuft. Ist durch die Befestigungsbohrung als Befestigungsmittel beispielsweise eine über eine Mutter verspannte Schraube geführt, können axiale Kräfte nur auf den axialen Flächen des Flansches übertragen werden, die um die Befestigungsbohrung vom Schraubenkopf und/oder der Mutter des Befestigungsmittels abgedeckt werden.
-
Durch das Einbringen einer winklig zur Lagermittelachse angeordneten Befestigungsbohrung wird die wirksame Fläche am oder im Flansch zur Übertragung axialer Kräfte gesteigert. Nach Art eines Kräfteparallelogramms werden aufgrund der Schrägstellung der Bohrung von dieser auch axiale Kräfte teilweise aufgenommen. So müssen im vorangegangenen Beispiel axiale Kräfte nicht mehr ausschließlich vom Schraubenkopf und von der Mutter aufgenommen werden. Vielmehr trägt die Bohrung über ihre Länge insgesamt zur Kraftableitung bei. Schraubenkopf oder Mutter sind entlastet.
-
Durch die homogene axiale Kraftverteilung im Befestigungsmittel, die durch die winklig stehende Befestigungsbohrung gegeben ist, wird die punktuelle Materialbeanspruchung des Befestigungsmittels an bestimmten Stellen wie den Schraubenkopf und/oder der Verbindungsstelle zwischen Mutter und Befestigungsmittel reduziert. Zudem werden auch die axialen Flächenbereiche am Flansch um die Befestigungsbohrung herum entlastet. Durch diese Entlastung können weniger belastbare Werkstoffe für den Flansch und das Befestigungsmittel verwendet oder die mechanischen Befestigungsmittel insgesamt in ihrer Dimensionierung reduziert werden, was sich in einer Kostenersparnis für die angegebene Lageranordnung und damit in geringeren Herstellungskosten niederschlägt.
-
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Lageranordnung ein Innengewinde in der Befestigungsbohrung. Durch die winklige Lage der Befestigungsbohrung zur Lagermittelachse wird die Befestigungsbohrung durch den Flansch im Vergleich zu einer axial ausgerichteten Bohrung verlängert. Über diesen längeren Weg können mehr Windungen für das Innengewinde in der Befestigungsbohrung untergebracht werden, als im Vergleich zu einer axialen oder parallel zur Lagermittelachse angeordneten Befestigungsbohrung. Auf diese Weise wird eine sicherere mechanische Verbindung geschaffen. Gegebenenfalls kann für den Flansch auch Material eingespart werden, da ein axial verjüngter Flansch mit der winklig angeordneten Befestigungsbohrung genauso viele Windungen aufnehmen kann, wie der herkömmliche Flansch mit der parallel angeordneten Befestigungsbohrung.
-
In einer anderen Weiterbildung ist der Flansch mit dem Außenring verbunden. Durch den Flansch am Außenring kann beispielsweise in der Automobiltechnik die Lageranordnung an einem Radträger verbunden und axial fixiert werden. Alternativ kann der Flansch auch mit dem Innenring verbunden sein, um beispielsweise das Rad mit der Lageranordnung axial zu verbinden.
-
In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst der Flansch eine Buchse, in die der Außenring oder aufgenommen ist. Auf diese Weise können Außenring und Flansch getrennt voneinander aufgebaut und unabhängig voneinander beispielsweise über eine finite Elemente-Rechnung dimensioniert und optimiert werden. Dies erlaubt es, bei der Konstruktion der Lageranordnung individueller die auf den Flansch wirkenden Belastungen zu berücksichtigen, so dass das gesamte Radlager langlebiger und/oder belastbarer auslegbar ist. Zudem erleichtert der getrennte Aufbau von Flansch und Außenring die Fertigung des Lagers, da eine getrennte Fertigung von Außenring und Flansch einfacher ist, als eine einstückige Fertigung. Dies macht sich unmittelbar in den Herstellungskosten bemerkbar. Schließlich erlaubt es die Erfindung, in der Automobiltechnik einzelne Lagergenerationen und die für die Lagergenerationen notwendigen Gehäusedesigns am Radlager untereinander zu kombinieren.
-
In einer Weiterbildung ist der Außenring in der Buchse durch Einpressen befestigt. Auf diese Weise ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Außenring und Radlager bereitgestellt, die Rotationskräfte bei der Kraftübertragung zwischen Außenring und Flansch gleichmäßig umfänglich um den Außenring verteilt.
-
In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung ist der Außenring in der Buchse durch Verkleben befestigt. Auf diese Weise ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Außenring und Radlager bereitgestellt, durch die sich vergleichsweise hohe Rotationskräfte vom Außenring auf den Flansch übertragen lassen, ohne dass sich Außenring und Flansch zueinander verdrehen.
-
In einer zusätzlichen oder wiederum auch alternativen Weiterbildung ist der Außenring in der Buchse durch Wälznieten befestigt. Dabei wird beispielsweise durch den Flansch eine Halteschulter plastisch an die Lageranordnung angeformt, die beispielsweise zu einer Entlastung einer Zentralschraube oder -mutter führt und gleichzeitig für eine Vorspannung im Lager sorgt, die die Führungsgenauigkeit und die Lebensdauer der Lageranordnung steigert.
-
In einer anderen Weiterbildung ist die Buchse um den Außenring gegossen. Dies erlaubt es, die Buchse auf kostengünstige Weise am Außenring zu befestigen, da ein Herstellungsschritt zugleich zur Anbindung des Außenrings an die Buchse genutzt wird.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung weist der Flansch im Bereich der Befestigungsbohrung ein Material auf, das gegenüber dem restlichen Material des Flansches verschieden ist und insbesondere eine höhere Härte aufweist. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise ein Stahlinsert sein. Auf diese Weise kann die Befestigungsbohrung beispielsweise hohe Spannkräfte aufnehmen, die beispielsweise in der Automobiltechnik notwendig sind, um die Lageranordnung gemeinsam mit dem Rad am Radträger zu befestigen.
-
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Material der Buchse einschließlich des Flansches vom Material des Außenringes verschieden. Abhängig von den technischen Bedingungen kann auch das Material der Buchse vom Material des Flansches verschieden sein. Auf diese Weise ist eine optimale Kombination der in der Regel aus Stahl bestehenden Wälzlagerteile der Lageranordnung mit einem optimalen Werkstoff für die Buchse möglich. Die Erfindung ist insbesondere nicht darauf eingeschränkt, dass die Buchse und der Flansch einstückig gefertigt sind.
-
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das Material des Flansches ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder ein Kunststoff. Eine derartige Lageranordnung ist leichter als eine Lageranordnung, in dem der Flansch dasselbe Material aufweist, wie der Außenring. In der Automobiltechnik leitet sich daraus unmittelbar eine Kraftstoffersparnis für das Fahrzeug ab, in dem die Lageranordnung verwendet wird.
-
In einer bevorzugten Ausführung ist der Außenring in der Buchse axial gelagert. Durch die axiale Lagerung können beispielsweise in der Automobiltechnik hohe axiale Kräfte durch die Lageranordnung aufgenommen werden, die beispielsweise bei einer schnellen Fahrt durch eine enge Kurve entstehen.
-
In einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Lageranordnung einen weiteren Innenring. Dabei sind Wälzkörper zwischen dem Innenring und dem Außenring sowie weitere Wälzkörper zwischen dem Außenring und dem weiteren Innenring gelagert. Auf diese Weise ist ein in der Automobiltechnik bekanntes Radlager erster Generation geschaffen, dass durch axial versetzt angeordnete Wälzkörper nicht nur radiale Kräfte, sondern auch im begrenzten Maße axiale Kräfte aufnehmen kann.
-
In einer bevorzugten weiteren Ausführung sind die Wälzkörper und die weiteren Wälzkörper bezüglich jeder radialen Querschnittsebene durch die Lageranordnung asymmetrisch angeordnet. Durch die asymmetrische Anordnung der Wälzkörper kann die Lageranordnung bzw. das Radlager hinsichtlich der axial aufnehmbaren Kräfte richtungsabhängig ausgelegt werden. Für ein Fahrzeug kann die Lageranordnung beispielsweise derart ausgelegt werden, dass die zum Fahrzeug gerichteten axialen Kräfte wirksamer aufgenommen werden, als die vom Fahrzeug weg gerichteten axialen Kräfte, da die zum Fahrzeug hin gerichteten Kräfte bei einer Kurvenfahrt stärker auf das Fahrzeug wirken, als die vom Fahrzeug weggerichteten Kräfte.
-
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist die Anzahl der Wälzkörper von der Anzahl der weiteren Wälzkörper verschieden. Auf diese Weise lassen sich für die asymmetrische Anordnung der Wälzkörper nicht nur Kosten sparen, zudem wird das Gewicht der Lageranordnung weiter reduziert.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführung sind die beiden Innenringe einstückig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das axiale Lagerspiel bereits eingestellt ist, und nicht erst durch ein nachträgliches axiales Verspannen der Innenringe erzeugt werden muss.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1: eine Schnittdarstellung einer Lageranordnung und
-
2: eine Vorderansicht eine Lageranordnung.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
-
Es wird auf 1 Bezug genommen. Darin ist eine Schnittdarstellung einer Lageranordnung 2 gezeigt, die beispielsweise zur Fixierung einer nicht gezeigten Radachse an einem nicht gezeigten Radträger eines Fahrzeuges verwendet werden kann.
-
Die Lageranordnung 2 weist Wälzlager 4, eine Buchse 6 und einen Flansch 8 auf.
-
Das Wälzlager 4 ist als asymmetrisches Radlager der ersten Generation ausgeführt. Es weist einen Außenring 10, erste Wälzkörper 12, zweite Wälzkörper 14, dritte Wälzkörper 16, vierte Wälzkörper 18, einen ersten Innenring 20 und einen zweiten Innenring 22 auf.
-
Die ersten und zweiten Wälzkörper 12, 14 sind umfänglich zwischen dem Außenring 10 und dem ersten Innenring 20 gehalten, während die dritten und vierten Wälzkörper 16, 18 umfänglich zwischen dem Außenring 10 und dem zweiten Innenring 22 gehalten werden. Die Innenringe 20, 22 können fest miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet sein.
-
Die ersten und zweiten Wälzkörper 12, 14 sind von einer Rotationsachse 24 des Lagers 2 aus gesehen weiter entfernt, als die dritten und vierten Wälzkörper 16, 18. Ferner sind die ersten und dritten Wälzkörper 12, 16 größer als die zweiten und vierten Wälzkörper 14, 18 ausgebildet. Dabei liegen in den jeweiligen Innenringen 20, 22 die größeren Wälzkörper 12, 16 von der Rotationsachse 24 der Lageranordnung 2 aus gesehen weiter entfernt, als die größeren Wälzkörper 14, 18. Damit weist jede Gruppe der umfänglich um die Innenringe 20, 22 angeordneten Wälzkörper 12 bis 18 einen unterschiedlichen Lageradius zur Rotationsachse auf, so dass sich keine axiale Ebene findet, zu der eine Gruppe Wälzkörper 12 bis 18 symmetrisch zu einer anderen Gruppe Wälzkörper 12 bis 18 liegt. Die so geschaffene Asymmetrie kann in nicht gezeigter Weise dadurch gesteigert werden, dass für die einzelnen Gruppen von Wälzkörpern 12 bis 18 unterschiedliche Anzahlen an Wälzkörpern 12 bis 18 verwendet werden.
-
Das Wälzlager 4 ist mit dem Flansch 8 verbunden, wobei die Verbindung über die Buchse 6 hergestellt ist. Das Wälzlager 4 ist in der Buchse 6 eingepresst, wobei ein dem Flansch 8 gegenüberliegendes axiales Ende 26 der Buchse 6 eingerollt sein kann, um die Lage des Wälzlagers 4 in der Buchse 6 zusätzlich axial zu sichern. Flansch 8 und Buchse 6 sind einstückig hergestellt.
-
Die Buchse 6 und der Flansch 8 können so aus einem im Vergleich zum Wälzlager 4 leichteren Material hergestellt sein. Der Flansch 8 kann eine Durchgangsbohrung 28 aufweisen, die mit einem Innengewinde 30 versehen ist, um die Lageranordnung 2 mittels nicht gezeigten Schrauben an dem erwähnten Radträger zu befestigen. Die Durchgangsbohrung 28 kann eine Rotationsachse 32 aufweisen, die zu einer vom Wälzlager 4 abgewandten Frontseite 36 des Flansches 8 stumpfwinklig, das heißt mit einem Winkel 34 von größer 90° steht. Damit stehen die Rotationsachse 24 der Lageranordnung 2 und die Rotationsachse 32 der Durchgangsbohrung 28 winklig zueinander.
-
Das gesamte Innengewinde 30 kann in einem Einsatz 38 aufgenommen sein, dessen Material im Vergleich zum restlichen Material des Flansches 8 härter ist.
-
Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine Vorderansicht der Lageranordnung 2 zeigt.
-
An der Frontseite 36 kann der Flansch 8 beispielsweise durch Parkettieren mit Waben 40 strukturiert sein. Zur besseren Übersichtlichkeit ist in 2 lediglich eine der Waben 40 mit einem Bezugszeichen versehen.
-
Die parkettierte Struktur kann in die Frontseite 36 beispielsweise eingeprägt sein. Alternativ kann die parkettierte Struktur auch den gesamten Flansch 8 axial durchdringen, so dass durchgehende Kanäle geschaffen sind, die durch Zwischenwände voneinander getrennt sind.
-
Im Sinne der Offenbarung soll eine der Waben 40 als Elementarzelle der parkettierten Struktur verstanden werden. Anstelle der gezeigten Wabenform kann die Elementarzelle auch eine andere beliebige Form aufweisen. Die parkettierte Struktur kann aus gleichen Elementarzellen, wie beispielsweise den gezeigten Waben 40, oder aus unterschiedlichen Elementarzellen zusammengesetzt sein. Die in der vorliegenden Ausführung sechseckige Form der Waben 40 bietet das beste Verhältnis von Wandmaterial zu Volumen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Lageranordnung
- 4
- Wälzlager
- 6
- Buchse
- 8
- Flansch
- 10
- Außenring
- 12
- Wälzkörper
- 14
- Wälzkörper
- 16
- Wälzkörper
- 18
- Wälzkörper
- 20
- Innenring
- 22
- Innenring
- 24
- Rotationsachse
- 26
- axiales Ende
- 28
- Durchgangsbohrung
- 30
- Innengewinde
- 32
- Rotationsachse
- 34
- Winkel
- 36
- Frontseite
- 38
- Einsatz
- 40
- Wabe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
