DE102013222049A1

DE102013222049A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102013222049A1
Application number: DE201310222049
Authority: DE
Inventors: Alexander Dilje; Helmut Hauck; Stefanie Seufert; Jürgen Barthelme; Daniel Ludwig
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: WO2015063166A1; CN105765251A; US20160258487A1; CN105765251B; DE102013222049B4; US9841057B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Wälzlager (2), das mit einem zumindest abschnittsweise plattenförmig ausgebildeten Lagerträger (3) verbunden ist, wobei der Lagerträger (3) eine Aufnahmebohrung (4) für den Außenring (5) des Wälzlagers (2) aufweist, wobei der Außenring (5) des Wälzlagers (2) mit zwei Befestigungsplatten (6, 7) am Lagerträger (3) befestigt ist, die an zwei Stirnseiten (8, 9) des Lagerträgers (3) fixiert sind, und wobei die beiden Befestigungsplatten (6, 7) den Außenring (5) an zwei Klemmflächen (10, 11) klemmen. Um bei einfacher Herstellungsweise und vorhandenen Fertigungstoleranzen eine definierte axiale Relativlage zwischen dem Außenring und dem Lagerträger sicherzustellen, sieht die Erfindung vor, dass der in axiale Richtung (a) gemessene Abstand (X) der Stirnseiten (8, 9) des Lagerträgers (3) kleiner ist als der in axiale Richtung (a) gemessene Abstand (Y) der Klemmflächen (10, 11) des Außenrings (5), wobei die beiden Befestigungsplatten (6, 7) eine unterschiedliche mechanische Festigkeit aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, umfassend mindestens ein Wälzlager, das mit einem zumindest abschnittsweise plattenförmig ausgebildeten Lagerträger verbunden ist, wobei der Lagerträger eine Aufnahmebohrung für den Außenring des Wälzlagers aufweist, wobei der Außenring des Wälzlagers mit zwei Befestigungsplatten am Lagerträger befestigt ist, die an zwei Stirnseiten des Lagerträgers fixiert sind, und wobei die beiden Befestigungsplatten den Außenring an zwei Klemmflächen klemmen.
Eine gattungsgemäße Lageranordnung ist in der DE 10 2007 040 460 A1 und in der US 8 052 331 B2 offenbart. Hier wird ein Aufbau einer Lageranordnung vorgeschlagen, bei der das im Lagerträger zu haltende Wälzlager und namentlich dessen Außenring mit seitlichen Befestigungsplatten am Lagerträger festgelegt wird. Die beiden Befestigungsplatten sind mit Schrauben am Lagerträger befestigt und klemmen den Lageraußenring am Lagerträger fest. Der Lageraußenring wird hierdurch an seinen beiden Seiten durch die Befestigungsplatten unterstützt; gleichzeitig stützen sich die Platten auch an den beiden Stirnseitenflächen des plattenartig ausgebildeten Lagerträgers ab.
Damit es hierbei zu keiner statischen Überbestimmung der axialen Halterung des Außenrings kommt, müssen die zusammenwirkenden Flächen exakt aufeinander abgestimmt sein. Ist dies nicht der Fall, kann das Lager trotz der beiden Halteplatten axial wandern, was nicht akzeptabel ist, da dann die axiale Lage der Außenrings relativ zum Lagerträger nicht eindeutig definiert ist. Dies führt im Betrieb der Anordnung beispielsweise infolge der nicht definierten Lage einer vom Wälzlager gelagerten Getriebewelle zu lauteren Geräuschen und erhöhtem Verschleiß.
Nachteilig ist es daher bei den genannten vorbekannten Lösungen, dass ein sehr hoher Fertigungsaufwand betrieben werden muss, was die Herstellung des Lagerträgers kostenintensiv macht.
Es sind auch Lösungen bekannt, bei der das Wälzlager bzw. dessen Außenring nur über eine einzige Halteplatte am Lagerträger befestigt wird. Nachteilig ist hier allerdings, dass die Halterung des Lagers am Lagerträger nicht so stabil wie bei den genannten vorbekannten Lösungen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Lagerträger so fortzubilden, dass bei einer einfachen und somit kostengünstigen Herstellungsweise und einer daher vorhandenen entsprechenden Fertigungstoleranz dennoch eine definierte axiale Relativlage zwischen dem Außenring und dem Lagerträger sichergestellt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass der in axiale Richtung gemessene Abstand der Stirnseiten des Lagerträgers kleiner ist als der in axiale Richtung gemessene Abstand der Klemmflächen des Außenrings, wobei die beiden Befestigungsplatten eine unterschiedliche mechanische Festigkeit aufweisen.
Das Verhältnis des Abstands der Stirnseiten des Lagerträgers zum Abstand der Klemmflächen des Außenrings beträgt dabei bevorzugt zwischen 0,975 und 0,995.
Die beiden Befestigungsplatten sind am Lagerträger bevorzugt mittels Schrauben befestigt.
Um die unterschiedliche mechanische Festigkeit der beiden Befestigungsplatten zu realisieren, sind verschiedene Möglichkeiten gegeben, von denen einige nachfolgend aufgeführt sind; diese können auch in Kombination eingesetzt werden.
Die beiden Befestigungsplatten können zunächst eine unterschiedliche Dicke – gemessen in axiale Richtung – aufweisen.
Sie können – aus axialer Richtung betrachtet – unterschiedliche Größen aufweisen.
Weiterhin können sie aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Die beiden Befestigungsplatten können ferner jeweils aus mehreren Plattenelementen bestehen, die gestapelt aufeinander angeordnet sind. Dabei weisen dann die beiden Befestigungsplatten eine unterschiedliche Anzahl solcher Plattenelemente auf.
Generell kann ein unterschiedliches Verformungsverhalten der beiden Befestigungsplatten durch die genannten und auch durch weitere Maßnahmen erreicht werden:
Es können unterschiedliche Materialfestigkeiten vorgesehen werden, eine nicht kongruente Ausgestaltung der beiden Befestigungsplatten, unterschiedliche Dicken der Befestigungsplatten, unterschiedliche Versteifungselemente in den Befestigungsplatten, eine unterschiedliche Anzahl von Einzelelementen, aus denen die Befestigungsplatten aufgebaut sind (z. B. mehrere unterschiedliche Schichten dünner Bleche), so dass insgesamt ein unterschiedliches elasto-plastisches Verhalten der Befestigungsplatten in axiale Richtung erreicht wird.
Wesentlich ist, dass zumindest in Abschnitten der Befestigungsplatten unterschiedliche mechanische Festigkeiten vorliegen.
Eine der beiden Befestigungsplatten kann unverlierbar mit dem Außenring des Wälzlagers verbunden sein. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass diese Befestigungsplatte in einer Ausdrehung im einen stirnseitigen Bereich des Außenrings angeordnet ist.
Dabei ist es bevorzugt die Befestigungsplatte mit der größeren mechanischen Festigkeit, die unverlierbar mit dem Außenring des Wälzlagers verbunden ist.
Schließlich kann vorgesehen werden, dass der Schraubenkopf der Schrauben an der Befestigungsplatte mit der geringeren mechanischen Festigkeit angeordnet ist.
Betreffend die Klemmflächen des Lageraußenrings, mittels derer die beiden Befestigungsplatten den Außenring klemmen, sei bemerkt, dass eine bevorzugte Ausgestaltung vorsieht, dass diese durch Eindrehungen in den Außenring gebildet werden; es handelt sich dann um die stirnseitigen Flächen besagter Eindrehung (diese Lösungsmöglichkeit ist im nachfolgenden Ausführungsbeispiel noch näher erläutert). Es ist genauso aber auch möglich, dass nur in einem axialen Endbereich des Lagerrings eine solche Eindrehung vorliegt und die Befestigungsplatte am anderen axialen Ende des Lageraußenrings diesen an seiner Stirnseite klemmt, der frei von einer Eindrehung ist. Schließlich ist es auch möglich, ganz auf Eindrehungen im Lageraußenring zu verzichten, so dass in diesem Falle die Befestigungsplatten an den Stirnseiten des Lageraußenrings anliegen und so den Außenring klemmen.
Der hier als plattenartig angesprochene Lagerträger kann auch ein Abschnitt einer Wandung eines Gehäuses sein, an bzw. in dem das Wälzlager festzulegen ist.
Der vorliegende Vorschlag stellt also darauf ab, dass das Problem der statischen Überbestimmung bei der Festlegung des Lageraußenrings am Lagerträger wie erläutert gelöst wird. Es wird eine Kombination eines definierten Axialspalts zwischen den Befestigungsplatten und dem Lagerträger vorgesehen, der beim Anziehen der Befestigungsschrauben eliminiert wird, wobei eine gezielte unterschiedliche mechanische Festigkeit der beiden Befestigungsplatten vorgesehen wird. Dies hat zur Folge, dass der Lageraußenring beim Anziehen der Befestigungsschrauben gezielt gegen eine Referenzanlage gezogen wird, die durch die steifere der beiden Befestigungsplatten definiert ist.
Vorteilhaft kann so eine statische Überbestimmtheit der axialen Lagerfixierung eliminiert werden, wozu keine extrem hohen Fertigungsgenauigkeiten benötigt werden, wie es bei den eingangs genannten vorbekannten Lösungen der Fall ist.
Die insofern benötigten kleinen Fertigungstoleranzen sowohl an den Halteplatten als auch am Lageraußenring und am Lagerträger bzw. der Wandung des Gehäuses sind also nicht nötig, was eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht.
Ferner können hiermit die Ausschussquoten reduziert werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt den Radialschnitt durch eine Lageranordnung, bei der ein Wälzlager von einem Lagerträger gehalten wird.
In der Figur ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, die ein Wälzlager 2 umfasst, das in einem Lagerträger 3 befestigt werden soll. Dargestellt ist noch nicht der endgültig montierte Zustand, sondern ein Montagezustand, bevor die Schrauben 12, von denen nur eine dargestellt ist, festgezogen sind.
Der dargestellte Lagerträger 3 hat zumindest den dargestellten plattenartig ausgebildeten Abschnitt mit zwei Stirnseiten 8 und 9, die in axiale Richtung a einen Abstand X voneinander aufweisen. Der Lagerträger 3 kann ein Bauteil sein, das beispielsweise in ein Getriebegehäuse eingebaut wird; es kann aber auch bereits der Abschnitt eines Gehäuses, beispielsweise eines Getriebes, selber sein.
Zur Aufnahme des Außenrings 5 des Wälzlagers 2 weist der Lagerträger 3 einen Aufnahmebohrung 4 auf. Das Wälzlager 2 wird mit dem Außenring 5 in die Aufnahmebohrung eingeschoben und axial fixiert, indem an beiden Stirnseiten 8, 9 des Lagerträgers 3 je eine Befestigungsplatte 6 und 7 befestigt wird.
Am Außenring 5 sind im Bereich der beiden Stirnseiten des Außenrings 5 Klemmflächen 10 und 11 ausgebildet, die – wie dargestellt – durch Eindrehungen in den Außenring 5 gebildet werden können.
Werden in der dargestellten Montagesituation die Schrauben 12 in entsprechende Durchgangsbohrungen des Lagerträgers 3 eingesteckt und festgezogen (das Gegen-Gewinde für die Schrauben 12 befindet sich in der Befestigungsplatte 6), wird der Verbund bestehend aus Außenring 5, Lagerträger 3 und Befestigungsplatten 6, 7 verspannt und das Wälzlager 2 so am Lagerträger 3 festgelegt.
Damit dies in statisch bestimmter Weise und auch beim Vorliegen von fertigungsbedingten Toleranzen problemlos möglich ist, ist vorgesehen, dass der in axiale Richtung a gemessene Abstand X der Stirnseiten 8 und 9 des Lagerträgers 3 kleiner ist als der in axiale Richtung a gemessene Abstand Y der Klemmflächen 10 und 10 des Außenrings 5. Demgemäß liegt zunächst – wie in der Figur zu erkennen – ein Axialspalt 14 vor, bevor die Schrauben 12 fest angezogen sind.
Damit sich jetzt beim Festziehen der Schrauben 12 eine definierte axiale Lage des Außenrings 5 relativ zum Lagerträger 3 ergibt, ist weiter vorgesehen, dass die beiden Befestigungsplatten 6 und 7 gezielt unterschiedlich ausgebildet sind und somit eine unterschiedliche mechanische Festigkeit aufweisen.
Dies hat zur Folge, dass beim Anziehen der Schrauben 12 die Befestigungsplatte mit der geringeren mechanischen Festigkeit mehr nachgibt als die andere Befestigungsplatte, so dass durch die mechanisch festere Befestigungsplatte die Endlage des Außenrings 5 zum Lagerträger 3 definiert wird.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist es die rechte Befestigungsplatte 7, die im Vergleich mit der linken Befestigungsplatte 6 eine geringere mechanische Festigkeit aufweist. Demgemäß definiert die linke Befestigungsplatte 6 die relative Lage des Außenrings 5 zum Lagerträger 3; die rechte Befestigungsplatte 7 gibt beim Anziehen der Schrauben 12 entsprechend nach, was durch plastisches und/oder elastisches Verformen erfolgt.
Wie dargestellt, kann die unterschiedliche mechanische Festigkeit sehr leicht dadurch erreicht werden, indem die Dicke d₁ der einen, linken Befestigungsplatte 6 größer gewählt ist als die Dicke d₂ der anderen, rechten Befestigungsplatte 7. Die kleinere Dicke beträgt bevorzugt maximal 75 %, bevorzugt maximal 60 %, der größeren Dicke.
Ein zuverlässiges Verspannen der Anordnung unter Elimination der zu erwartenden Fertigungstoleranzen wird möglich, wenn das Verhältnis des Abstands X der Stirnseiten 8 und 9 des Lagerträgers 3 zum Abstand Y der Klemmflächen 10 und 11 des Außenrings 5 zwischen 0,975 und 0,995 beträgt. Dann ist es möglich, ohne aufwändige Maßnahmen die benötigten Bauteile zu fertigen und dennoch bei der Montage sicherzustellen, dass eine definierte Lage des Außenrings 5 zum Lagerträger 3 vorliegt, wenn der Montagevorgang abgeschlossen ist.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die dickere und somit steifere Befestigungsplatte 6 mit dem Wälzlager 2 unverlierbar verbunden ist. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Eindrehung im linken stirnseitigen Bereich des Außenrings 5 so beschaffen ist, dass die Befestigungsplatte 6 beim axialen Aufschieben am Außenring 5 einschnappt und so (bis zu einer entsprechenden Abzugskraft) fest mit dem Außenring 5 verbunden ist.
Ferner ist vorgesehen, dass der Schraubenkopf 13 der Schrauben 12 an der Befestigungsplatte 7 mit der geringeren mechanischen Festigkeit zu liegen kommt.
Durch den zunächst – vor dem Anziehen der Schrauben – vorliegenden Axialspalt 14 spielen Fertigungstoleranzen keine große Rolle; diese werden beim Anziehen der Schrauben 12 kompensiert bzw. absorbiert und namentlich durch elastisches oder auch plastisches Verformen der Befestigungsplatten 6, 7 eliminiert.
Bei der Montage der Lageranordnung beispielsweise in ein Getriebe wird bevorzugt zunächst das Wälzlager 2 mit der unverlierbar an ihm angeordneten Befestigungsplatte 6 auf die Welle 15 aufgepresst und (wie in der Figur dargestellt) axial fixiert. Der Lagerträger 3 mit seiner Aufnahmebohrung 4 wird über den Außenring 5 des Wälzlagers 2 gebracht und montiert. Hierbei schließt die vormontierte Befestigungsplatte 6 bündig mit der Stirnseite 8 des Lagerträgers 3 ab, so dass hier kein axialer Spalt zwischen der Befestigungsplatte 6 und der Stirnseite 8 des Lagerträgers 3 vorliegt.
Dann wird die zweite Befestigungsplatte 7 in die entsprechende Eindrehung im Außenring 5 eingesetzt, wobei sich dann der Axialspalt 14 ergibt. Dann werden die Schrauben 12 in die Anordnung eingeschraubt, und zwar so, dass der Schraubenkopf 13 auf der Stirnseite der mechanisch schwächeren Befestigungsplatte 7 zu liegen kommt (wie in der Figur dargestellt).
Beim gleichzeitigen Anziehen aller Schrauben 12 erfolgt der feste Verbund der Lageranordnung durch eine elasto-plastische Verformung primär der Befestigungsplatte 7 mit der geringeren Steifigkeit. Demgemäß bleibt die Lage des Außenrings 5 relativ zum Lagerträger 3 durch die Befestigungsplatte 6 definiert.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Wälzlager
3: Lagerträger
4: Aufnahmebohrung
5: Außenring
6: Befestigungsplatte
7: Befestigungsplatte
8: Stirnseite
9: Stirnseite
10: Klemmfläche
11: Klemmfläche
12: Schraube
13: Schraubenkopf
14: Axialspalt
15: Welle
a: axiale Richtung
X: Abstand der Stirnseiten
Y: Abstand der Klemmflächen
d₁: Dicke
d₂: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007040460 A1 [0002]
US 8052331 B2 [0002]

Claims

Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Wälzlager (2), das mit einem zumindest abschnittsweise plattenförmig ausgebildeten Lagerträger (3) verbunden ist, wobei der Lagerträger (3) eine Aufnahmebohrung (4) für den Außenring (5) des Wälzlagers (2) aufweist, wobei der Außenring (5) des Wälzlagers (2) mit zwei Befestigungsplatten (6, 7) am Lagerträger (3) befestigt ist, die an zwei Stirnseiten (8, 9) des Lagerträgers (3) fixiert sind, und wobei die beiden Befestigungsplatten (6, 7) den Außenring (5) an zwei Klemmflächen (10, 11) klemmen, dadurch gekennzeichnet, dass der in axiale Richtung (a) gemessene Abstand (X) der Stirnseiten (8, 9) des Lagerträgers (3) kleiner ist als der in axiale Richtung (a) gemessene Abstand (Y) der Klemmflächen (10, 11) des Außenrings (5), wobei die beiden Befestigungsplatten (6, 7) eine unterschiedliche mechanische Festigkeit aufweisen.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Abstands (X) der Stirnseiten (8, 9) des Lagerträgers (3) zum Abstand (Y) der Klemmflächen (10, 11) des Außenrings (5) zwischen 0,975 und 0,995 beträgt.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Befestigungsplatten (6, 7) am Lagerträger (3) mittels Schrauben (12) befestigt sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Befestigungsplatten (6, 7) eine unterschiedliche Dicke (d₁, d₂) gemessen in axiale Richtung (a) aufweisen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Befestigungsplatten (6, 7) aus axialer Richtung (a) betrachtet unterschiedliche Größen aufweisen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Befestigungsplatten (6, 7) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Befestigungsplatten (6, 7) jeweils aus mehreren Plattenelementen bestehen, die gestapelt aufeinander angeordnet sind, wobei die beiden Befestigungsplatten (6, 7) eine unterschiedliche Anzahl Plattenelemente aufweisen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Befestigungsplatten (6) unverlierbar mit dem Außenring (5) des Wälzlagers (2) verbunden ist, wobei diese Befestigungsplatte (6) vorzugsweise in einer Ausdrehung im einen stirnseitigen Bereich des Außenrings (5) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsplatte (6) mit der größeren mechanischen Festigkeit unverlierbar mit dem Außenring (5) des Wälzlagers (2) verbunden ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (13) der Schrauben (12) an der Befestigungsplatte (7) mit geringerer mechanischer Festigkeit angeordnet ist.