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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 wobei die beiden Befestigungsplatten den Außenring an zwei Klemmflächen klemmen und wobei der in axiale Richtung gemessene Abstand der Stirnseiten des Lagerträgers kleiner ist als der in axiale Richtung gemessene Abstand der Klemmflächen des Außenrings.
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Eine gattungsgemäße Lageranordnung ist in der
DE 602 09 752 T2 offenbart. Ähnliche Lösungen zeigen die
DE 10 2007 040 460 A1 , die
US 8 052 331 B2 , die
DE 10 22 429 A , die
DE 965 774 B und die
WO 2008/116443 A1 . Bei der erstgenannten Lösung 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.
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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.
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Nachteilig ist es daher bei den genannten vorbekannten Lösungen, dass ein sehr hoher Fertigungsaufwand betrieben werden muss, was die Herstellung des Lagerträgers kostenintensiv macht.
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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.
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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.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung sieht vor, dass zwischen einer der Befestigungsplatten und dem Lagerträger ein in axiale Richtung wirksames Federelement angeordnet ist.
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Das Federelement kann dabei in verschiedener Weise ausgebildet sein. Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass es als O-Ring ausgebildet ist. Ferner kann das Federelement als Tellerfeder oder als Tellerfederpaket ausgebildet sein. Das Federelement kann weiterhin aus dem Material eines der beiden Befestigungsplatten ausgebildet sein; in diesem Falle ist ein Abschnitt der Befestigungsplatte in besonderer Weise federnd ausgebildet.
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Das Federelement kann aus Metall, insbesondere aus Federstahl, bestehen. Es kann auch aus Kunststoff oder Gummi bestehen.
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Die beiden Befestigungsplatten haben bevorzugt eine unterschiedliche mechanische Festigkeit.
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Das Verhältnis des Abstands der Stirnseiten des Lagerträgers zum Abstand der Klemmflächen des Außenrings beträgt bevorzugt zwischen 0,90 und 0,995, besonders bevorzugt liegt es zwischen 0,975 und 0,995.
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Die beiden Befestigungsplatten können am Lagerträger mittels Schrauben befestigt sein.
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Bevorzugt ist eine der beiden Befestigungsplatten dabei unverlierbar mit dem Außenring des Wälzlagers verbunden, wobei diese Befestigungsplatte vorzugsweise in einer Ausdrehung im einen stirnseitigen Bereich des Außenrings angeordnet ist.
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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.
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Um die genannte 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.
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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 insofern lediglich, dass zumindest in Abschnitten der Befestigungsplatten unterschiedliche mechanische Festigkeiten vorliegen.
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Dabei ist es bevorzugt die Befestigungsplatte mit der größeren mechanischen Festigkeit, die unverlierbar mit dem Außenring des Wälzlagers verbunden ist.
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Schließlich kann vorgesehen werden, dass der Schraubenkopf der Schrauben an der Befestigungsplatte mit der geringeren mechanischen Festigkeit angeordnet ist.
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Der hier als plattenartig angesprochene Lagerträger kann auch ein Abschnitt einer Wandung eines Gehäuses sein, an bzw. in dem das Wälzlager festzulegen ist.
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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 ein in axiale Richtung wirksames Federelement zwischen einer der Befestigungsplatten und dem Lagerträger angeordnet ist.
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Dies hat zur Folge, dass der Lageraußenring beim Anziehen der Befestigungsschrauben gezielt gegen eine Referenzanlage gezogen wird, die durch die Seite der Lageranordnung definiert ist, an der kein Federelement angeordnet ist. Hier ist bevorzugt eine Befestigungsplatte vorgesehen, die steifer ist als diejenige, an der das Federelement vorgesehen ist.
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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.
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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.
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Ferner können hiermit die Ausschussquoten reduziert werden.
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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.
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In der Figur ist eine Lageranordnung 1 dargestellt, die ein Wälzlager 2 umfasst, das in einem Lagerträger 3 befestigt werden soll. Dargestellt ist der endgültig montierte Zustand, nachdem die Schrauben 13, von denen nur eine dargestellt ist, festgezogen sind.
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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.
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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.
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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.
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Wesentlich ist, 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 11 des Außenrings 5. Ferner ist als wesentliche Maßnahme vorgesehen, dass zwischen einer der Befestigungsplatten – nämlich der rechten Befestigungsplatte 7 – und dem Lagerträger 3 ein in axiale Richtung a wirksames Federelement 12 angeordnet ist; es sei hier betont, dass nur ein einziges Federelement 12 vorgesehen ist.
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Das Federelement 12 ist in der Figur nur schematisch dargestellt; es sind hierfür beliebige Ausbildungen denkbar.
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Werden die Schrauben 13 in entsprechende Durchgangsbohrungen des Lagerträgers 3 eingesteckt und festgezogen (das Gegen-Gewinde für die Schrauben 13 befindet sich in der linken Befestigungsplatte 6), wird der Verbund bestehend aus Außenring 5, Lagerträger 3 und Befestigungsplatten 6, 7 samt Federelement 12 verspannt und das Wälzlager 2 so am Lagerträger 3 festgelegt.
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Damit dies in statisch bestimmter Weise und auch beim Vorliegen von fertigungsbedingten Toleranzen problemlos möglich ist, ist die genannte Ausbildung vorgesehen, d. h. 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 – noch vor dem Anziehen der Schrauben 13 (nicht dargestellt) – ein Axialspalt zwischen der Stirnseite 9 und der Anlagefläche der Befestigungsplatte 7 am Lagerträger 3 vor.
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Damit sich jetzt beim Festziehen der Schrauben 13 eine definierte axiale Lage des Außenrings 5 relativ zum Lagerträger 3 ergibt, ist das Federelement 12 vorgesehen. Dies bewirkt beim Anziehen der Schrauben 13 nämlich, dass fertigungsbedingte Toleranzen durch eine mehr oder weniger große Verformung des Federelements 12 sowie des radial innenliegenden Bereichs der rechten Befestigungsplatte 7 egalisiert werden, so dass der Außenring 5 definiert mit der Klemmfläche 10 an der linken Befestigungsplatte 6 anliegt, so dass die Relativlage zwischen Außenring 5 und Lagerträger 3 definiert ist.
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Begünstigt wird dieser Vorgang dadurch, dass die beiden Befestigungsplatten 6 und 7 unterschiedlich ausgebildet sind und somit eine unterschiedliche mechanische Festigkeit aufweisen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Dicke d1 der linken Befestigungsplatte 6 größer ist als die Dicke d2 der rechten Befestigungsplatte 7, so dass der genannte Effekt gezielt erzeugt werden kann; Verformungen treten primär am der rechten Befestigungsplatte 7 auf, so dass die Definition der Relativlage zwischen dem Außenring 5 und dem Lagerträger durch die linke Befestigungsplatte 6 gegeben ist. Beim Anziehen der Schrauben 13 gibt also die Befestigungsplatte 7 mit der geringeren mechanischen Festigkeit mehr nach als die andere Befestigungsplatte 6, so dass durch die mechanisch festere Befestigungsplatte 6 die Endlage des Außenrings 5 zum Lagerträger 3 definiert wird.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist es – wie erläutert – 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 13 entsprechend (wie in der Figur übertrieben illustriert) nach, was durch plastisches und/oder elastisches Verformen erfolgt.
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Die kleinere Dicke d2 beträgt dabei bevorzugt maximal 75%, bevorzugt maximal 60%, der größeren Dicke d1.
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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 0,90 und 0,995 beträgt, was abhängig von den Abmessungen des Federelements 12 gewählt wird. 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.
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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.
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Ferner ist vorgesehen, dass der Schraubenkopf 14 der Schrauben 13 an der Befestigungsplatte 7 mit der geringeren mechanischen Festigkeit zu liegen kommt.
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Durch den zunächst – vor dem Anziehen der Schrauben – vorliegenden Axialspalt spielen Fertigungstoleranzen keine große Rolle mehr; diese werden beim Anziehen der Schrauben 13 kompensiert bzw. absorbiert und namentlich durch elastisches oder auch plastisches Verformen der Befestigungsplatten 6, 7 und natürlich des Federelements 12 eliminiert.
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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.
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Dann wird das ringförmig ausgebildete Federelement 12 an der Stirnseite 9 des Lagerträgers 3 angesetzt und anschließend die zweite Befestigungsplatte 7 in die entsprechende Eindrehung im Außenring 5 eingesetzt, wobei sich dann zunächst ein Axialspalt ergibt. Dann werden die Schrauben 13 in die Anordnung eingeschraubt, und zwar so, dass der Schraubenkopf 14 auf der Stirnseite der mechanisch schwächeren Befestigungsplatte 7 zu liegen kommt (wie in der Figur dargestellt).
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Durch das Anziehen der Schrauben 13 wird infolge des Federelements 12 zunächst eine erste axiale Vorspannung aufgebaut. Dies erfolgt, bis die Befestigungsplatte 7 nach entsprechendem Anziehen der Schrauben 13 spaltfrei an der Stirnseite 9 des Lagerträgers 3 anliegt. Durch weiteres Anziehen der Schrauben 13 erfolgt eine weitere elasto-plastische Verformung des Federelements 12, so dass Toleranzen ausgeglichen werden können.
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Beim gleichzeitigen Anziehen aller Schrauben 13 erfolgt also der feste Verbund der Lageranordnung durch eine elasto-plastische Verformung primär der Befestigungsplatte 7 mit der geringeren Steifigkeit sowie durch elastisches, gegebenenfalls auch plastisches Nachgeben des Federelements 12. Aus dem elastischen Anteil der Wirkung der Kompression des Federelements 12 ergibt sich eine vorteilhafte Vorspannung in axialer Richtung. Demgemäß bleibt die Lage des Außenrings 5 relativ zum Lagerträger 3 durch die Befestigungsplatte 6 definiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lageranordnung
- 2
- Wälzlager
- 3
- Lagerträger
- 4
- Aufnahmebohrung
- 5
- Außenring
- 6
- Befestigungsplatte
- 7
- Befestigungsplatte
- 8
- Stirnseite
- 9
- Stirnseite
- 10
- Klemmfläche
- 11
- Klemmfläche
- 12
- Federelement
- 13
- Schraube
- 14
- Schraubenkopf
- 15
- Welle
- a
- axiale Richtung
- X
- Abstand der Stirnseiten
- Y
- Abstand der Klemmflächen
- d1
- Dicke
- d2
- Dicke
