DE102013206350A1 - Lagerträgereinheit und Verfahren zur Herstellung einer Lagerträgereinheit - Google Patents

Lagerträgereinheit und Verfahren zur Herstellung einer Lagerträgereinheit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Lagerträgereinheit mit einem Lagerträgerelement (10), welches wenigstens einen dünnwandigen Bereich (12) aufweist und welches zumindest einen Aufnahmebereich (14) zur Aufnahme eines Lagers aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil des Lagerträgerelements aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Lagerträgereinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist eine Lagerträgereinheit mit einem Lagerträgerelement aus Blech bekannt. Das Lagerträgerelement weist einen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Radiallagers auf.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Lagerträgereinheit mit einer hohen Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Die Erfindung geht aus von einer Lagerträgereinheit mit einem Lagerträgerelement, welches wenigstens einen dünnwandigen Bereich aufweist und welches zumindest einen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Lagers aufweist.
  • Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil des Lagerträgerelements aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist. Unter einem „dünnwandigen Bereich“ des Lagerträgerelements soll insbesondere ein Wandbereich des Lagerträgerelements verstanden werden, welcher eine Wandstärke von weniger als acht Millimeter, vorzugsweise von weniger als 3 Millimeter und besonders bevorzugt von weniger als 1 Millimeter aufweist. Unter einem „Lager“ soll insbesondere eine Baueinheit verstanden werden, welche ein erstes Bauelement aufweist, welches bewegbar relativ zu einem zweiten Bauelement der Baueinheit ist. Unter einem „Faserverbundwerkstoff“ soll insbesondere ein Verbundwerkstoff verstanden werden, welcher eine Matrix aufweist und welcher Fasern und/oder wenigstens ein Gewebe und/oder wenigstens ein Gelege aufweist, wobei die Fasern und/oder das wenigstens eine Gewebe und/oder das wenigstens eine Gelege in der Matrix eingebettet sind. Insbesondere können die Fasern hierbei Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder Keramikfasern und/oder Aramidfasern und/oder Borfasern und/oder Basaltfasern und/oder Stahlfasern und/oder Naturfasern und/oder Polyhexamethylenadipinsäureamid-Fasern und/oder hochfeste Fasern aus hochkristallinem, hochverstrecktem ultra-hochmolekularem Polyethylen sein. Insbesondere kann die Matrix wenigstens einen Duromer und/oder zumindest einen Elastomer und/oder wenigstens einen Thermoplasten aufweisen. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann bei einer hohen Zugfestigkeit und einer geringen Masse des Lagerträgerelements eine auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, wie z. B. unterschiedlich hohen Temperaturen und/oder unterschiedlichen Vibrationen, eine maßgenaue Anordnung des Aufnahmebereichs relativ zu einem Randbereich des Lagerträgerelements erreicht werden, wobei gleichzeitig eine kostengünstige Bauweise, insbesondere Aufgrund der Verwendbarkeit von dünnen Außenringen für das in den Aufnahmebereich aufzunehmende Lager, wie z. B. Außenringen aus Blech, erreicht werden kann. Insbesondere kann das Lager ein Radiallager, ein Axiallager, ein Radiaxlager oder ein Linearlager und/oder ein Wälzlager oder ein Gleitlager sein.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass wenigstens der Teil des Lagerträgerelements aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet ist. Unter „kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff“ soll insbesondere ein Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff verstanden werden, bei dem Kohlenstofffasern, insbesondere in mehreren Lagen, in eine Kunststoff-Matrix eingebettet sind. Hierbei kann die Kunststoff-Matrix insbesondere wenigstens einen Duromer, wie insbesondere Epoxidharz, und/oder wenigstens einen Thermoplast und/oder zumindest eine Keramik aufweisen. Hierdurch kann bei einer hohen Zugfestigkeit, einer geringen Masse und einer kostengünstigen Ausbildung, insbesondere der Außenringe, eine besonders maßgenaue Anordnung erreicht werden.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass das Lagerträgerelement wenigstens eine Durchgangsöffnung mit einem Innengewinde, welches aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet ist, aufweist. Dadurch kann bei einer konstruktiv einfachen Bauweise eine stabile Befestigbarkeit erreicht werden.
  • Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Lagerträgereinheit wenigstens ein Dichtungselement aufweist, welches direkt an das Lagerträgerelement angespritzt und/oder anvulkanisiert ist. Hierdurch kann eine einfache Herstellbarkeit erreicht werden.
  • Mit Vorteil ist das Lagerträgerelement einstückig ausgebildet. Unter „einstückig“ soll insbesondere aus einem Guss und/oder aus einer Spritzung und/oder nur unter Zerstörung trennbar verstanden werden. Auf diese Weise kann bei einer hohen Stabilität eine einfache Herstellbarkeit erreicht werden.
  • Außerdem wird eine Lagereinheit mit der Lagerträgereinheit und mit wenigstens einem Lager vorgeschlagen, welches in dem Aufnahmebereich aufgenommen ist. Dadurch kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Vorzugsweise ist das Lager zu einer Lagerung einer Getriebewelle vorgesehen, wodurch eine maßgenaue Lagerung der Getriebewelle bei verschiedensten Betriebsbedingungen, wie insbesondere verschiedenen Temperaturen, erreicht werden kann. Durch maßgenaue Lagerungen von Getriebewellen können insbesondere optimale Kämmungen bei Übertragungen von Drehmoment an die bzw. von der Getriebewelle erreicht werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Lagereinheit mit einer erfindungsgemäßen Lagerträgereinheit,
  • 2 zeigt einen Teilschnitt durch die Lagereinheit,
  • 3 zeigt einen Ausschnitt aus Figur eins mit einem Dichtungselement,
  • 4 zeigt einen Ausschnitt aus 2,
  • 5 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Lagereinheit,
  • 6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Lagereinheit,
  • 7 zeigt einen Teilschnitt durch diese Lagereinheit,
  • 8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur sieben,
  • 9 zeigt eine Ansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels einer Lagereinheit,
  • 10 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 11, und
  • 11 zeigt einen Teilschnitt durch letztgenannte Lagereinheit.
  • 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Lagereinheit mit einer erfindungsgemäßen Lagerträgereinheit, welche ein Lagerträgerelement 10 aufweist. Das Lagerträgerelement 10 weist einen dünnenwandigen Bereich 12 auf, in welchem die Wandstärke 0,8 mm beträgt. Der dünnwandige Bereich 12 umfasst alle Bereiche des Lagerträgerelements außer denjenigen Bereichen, welche Aufnahmebereiche für Lager 34, 36 der Lagereinheit und einen Aufnahmebereich 14 des Lagerträgerelements, in welchem ein Lager 22 aufgenommen ist, bilden. Das Lager 22 ist als Kegelrollenlager ausgebildet. In einem vollständig montierten Zustand ist die Lagereinheit in einen Kraftwagen eingebaut und das Lager 22 lagert eine Welle eines Getriebes drehbar relativ zu dem Lagerträgerelement und die Lager 36 lagern Schaltgestänge drehbar und in Axialrichtung verschiebbar. Das Lagerträgerelement 10 ist einstückig ausgebildet und vollständig aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet. Denkbar ist auch, dass die Lagereinheit in einen Lkw eingebaut ist. Zur Befestigung der Lager 36 weist das Lagerträgerelement zwei im Wesentlichen zylinderförmige Ausformungen mit jeweils zylindermantelförmiger Innenfläche auf. Das Lager 34 lagert im vollständig montierten Zustand ebenfalls eine Getriebewelle.
  • Ferner weist die Lagerträgereinheit ein Dichtelement 16 auf, welches direkt an das Lagerträgerelement angespritzt ist. Alternativ kann das Dichtelement anvulkanisiert sein. Das Dichtelement ist aus einem Elastomer gebildet. In dem vollständig montierten Zustand liegt das Dichtelement an einem gesamten Umfang der Welle des Getriebes dichtend an.
  • Ein Außenring 26 des Lagers 22 liegt direkt an einer Fläche des Lagerträgerelements, welche eine Form eines Teils eines Kegelmantels aufweist, an. Dadurch nimmt das Lagerträgerelement bei Betriebsvorgängen Kräfte, welche in Radialrichtung und Axialrichtung des Lagers 22 auf den Außenring 26 wirken, auf. Der Außenring 26 ist vollständig aus einem Blech gebildet.
  • Das Lager 22 ist formschlüssig bezüglich einer Umfangsrichtung des Außenrings 26 an dem Lagerträgerelement befestigt. Hierzu weist das Lagerträgerelement Nasen 28 auf, welche in Vertiefungen des Außenrings 26 eingreifen.
  • Das Lagerträgerelement wird durch Spritzgießen hergestellt. Nachfolgend wird das Dichtungselement 16 an das Lagerträgerelement 10 angespritzt. Alternativ kann das Lagerträgerelement durch Umspritzen und/oder Laminieren und/oder Umformen aus Matten, welche aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen, hergestellt werden.
  • Ferner ist denkbar, dass das Lagerträgerelement mehrere Teile aufweist, welche jeweils aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen und welche aneinander befestigt, insbesondere aneinander geklebt, sind.
  • In den 6 bis 11 sind alternative Ausführungsbeispiele dargestellt. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile, Merkmale und Funktionen sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind jedoch den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele in den 6 bis 11 die Buchstaben „a“ und „b“ hinzugefügt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in den 1 bis 5, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 5 verwiesen werden kann.
  • 7 zeigt einen Teilschnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Lagereinheit. Das Lagerträgerelement 10a der Lagereinheit weist Durchgangsöffnungen 18a auf, welche Innengewinde 20a aufweisen. Mit Hilfe dieser Innengewinde ist das Lagerträgerelement in einem vollständig montierten Zustand an ein Gehäuse, welches in einem Pkw eingebaut ist, angeschraubt. Die Durchgangsöffnung ist als Durchhalsung ausgebildet. Ferner ist das Innengewinde aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet. Alternativ zu dem Innengewinde aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff kann in das Lagerträgerelement eine Gewindebuchse eingesetzt und/oder eingespritzt sein.
  • Ein Lager 22a der Lagereinheit ist durch Erhebungen 30, 32 (8) in Bezug auf eine axiale Richtung des Lagers 22a an dem Lagerträgerelement 10a befestigt. Prinzipiell ist denkbar, dass bei einer Herstellung der Lagereinheit zuerst das Lagerträgerelement hergestellt wird und nachfolgend, während das Lagerträgerelement in einem erwärmten Zustand ist, dass Lager 22a in den Aufnahmebereich 14a des Lagerträgerelements eingeschoben wird.
  • 11 zeigt einen Teilschnitt durch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel einer Lagereinheit. Ein Lagerträgerelement 10b der Lagereinheit weist in allen Bereichen, welche frei von Durchhalsungen 18b zur Befestigung des Lagerträgerelements sind, eine Wandstärke von weniger als 1 mm auf. Ein Lager 22b, das als Radiallager ausgebildet ist, ist in Bezug auf eine erste axiale Richtung des Lagers 22b und in Bezug auf eine zweite axiale Richtung des Lagers 22b, welche der ersten Richtung entgegen gerichtet ist, formschlüssig an dem Lagerträgerelement befestigt (10), wobei die dadurch bewirkte formschlüssige Befestigung zur Übertragung von Kräften, welche bei Betriebsvorgängen aufgetreten, vorgesehen ist. Ein Außenring eines Lagers 34b der Lagereinheit ist durch eine Nase 38b verliersicher an dem Lagerträgerelement befestigt, wobei dieses Befestigen lediglich zur Verliersicherung bei einem Transport vorgesehen ist. Bezugszeichenliste
    10 Lagerträgerelement
    12 Bereich
    14 Aufnahmebereich
    16 Dichtungselement
    18 Durchgangsöffnung
    20 Innengewinde
    22 Lager
    24 Innenring
    26 Außenring
    28 Nase
    30 Erhebung
    32 Erhebung
    34 Lager
    36 Lager
    38 Nase

Claims (10)

  1. Lagerträgereinheit mit einem Lagerträgerelement (10), welches wenigstens einen dünnwandigen Bereich (12) aufweist und welches zumindest einen Aufnahmebereich (14) zur Aufnahme eines Lagers aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Lagerträgerelements aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist.
  2. Lagerträgereinheit nach Anspruch 1, wobei wenigstens der Teil des Lagerträgerelements (10) aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebildet ist.
  3. Lagerträgereinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Lagerträgereinheit wenigstens ein Dichtungselement (16) aufweist, welches direkt an das Lagerträgerelement (10) angespritzt und/oder anvulkanisiert ist.
  4. Lagerträgereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Lagerträgerelement einstückig ausgebildet ist.
  5. Lagereinheit mit einer Lagerträgereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lagereinheit das Lager (22) aufweist und das Lager in den Aufnahmebereich (14) aufgenommen ist.
  6. Lagereinheit nach Anspruch 5, wobei wenigstens ein Außenring (26) des Lagers zumindest teilweise aus Blech gebildet ist.
  7. Lagereinheit nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Lager (22) formschlüssig bezüglich einer Umfangsrichtung eines Außenrings des Lagers und/oder bezüglich einer axialen Richtung eines Außenrings des Lagers an dem Lagerträgerelement befestigt ist.
  8. Kraftfahrzeug, insbesondere PKW, mit einer Lagereinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Lagerträgereinheit, insbesondere einer Lagerträgereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Lagerträgerelement (10) der Lagerträgereinheit durch Spritzgießen aus einem Faserverbundwerkstoff und/oder durch Umspritzen und/oder Laminieren und/oder Umformen aus Matten, welche aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, hergestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Dichtungselement (16) an das Lagerträgerelement angespritzt und/oder anvulkanisiert wird.
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