-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Aus
DE 10 2007 022 316 A1 ist eine Lageranordnung der oben genannten Art bekannt, bei welcher an einem Lagerring ein Federarmabschnitt ausgebildet ist, der eine Stirnfläche bildet, die sich in verbautem Zustand an einer Nutwandung abstützt.
-
Aus
WO 2013/087 276 A1 ist eine weitere Lageranordnung mit einem Lageraußenring bekannt, an welchem Zungen ausgebildet sind, die jeweils in eine seitens eines Lagersitzes ausgebildete Nut eintauchen und sich an der Nutwandung über Ihre Stirnflächen abstützten.
-
Aus
DE 10 2009 030 371 A1 ist eine Lageranordnung bekannt, bei welcher an einem Lageraußenring in Umfangsrichtung abfolgende nasenartige Vorsprünge ausgebildet sind, welche wiederum Stirnflächen bilden, die sich in verbautem Zustand an einer Nutinnenwandung abstützen können. Die Montage dieses Lageraußenrings erfolgt unter temporärer Verformung des Lageraußenringes.
-
Aus
CH 356 644 A ist eine Lageranordnung bekannt, bei welcher am Lagerinnenring eine Einbördelung ausgebildet ist, welche einen durchgängigen Innenumfangswulst bildet, der in eine Gegengeometrie eines Lagersitzes eintauchen kann.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu aufzuzeigen, durch welche es möglich wird, eine Lageranordnung zu schaffen deren Lagerring montagetechnisch vorteilhaft verbaut werden kann und in verbautem Zustand seine Funktionsposition zuverlässig beibehält.
-
Erfindungsgemäße Lösung
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, einen Lagerring für ein Wälzlager zu schaffen, der im Rahmen seiner Montage auf einen Wellenabschnitt, oder in einen Lagersitz hinein geschoben wird und bei Erreichen seiner Sollposition in dieser zuverlässig gesichert wird. Die Haltestruktur kann hierbei in einschnappender Weise mit einer Gegengeometrie in Eingriff gelangen die beispielsweise als Wandungsabschnitt einer Nut, einer Umfangsstufe oder durch eine anderweitige, ggf. lediglich schmale Radialfläche oder Umfangsnut bereitgestellt wird.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lageranordnung so gestaltet, dass der Lagerring einen Lagerinnenring bildet, wobei dann jene Halte- oder Raststruktur im Rahmen des Aufschubs zunächst radial nach außen gedrängt wird und zur Erlangung der Halteposition radial einwärts federt.
-
Der erfindungsgemäße Lagerring kann auch einen Lageraußenring bilden wobei dann jene Halte- oder Raststruktur im Rahmen des Einschubs desselben in einen Lagersitz zunächst radial nach innen gedrängt wird und zur Erlangung der Halteposition radial auswärts federt.
-
Sofern die Lageranordnung einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring umfasst, kann das erfindungsgemäße Axialsicherungskonzept an wenigstens einem der Lagerringe oder auch an beiden Lagerringen zu Anwendung kommen.
-
Die quer zur Ringbreite gemessene Tiefe der Freischnitte ist vorzugsweise so abgestimmt, dass diese nicht bis in die Wälzkörperlauffläche hinein vordringen. Die Freischnitte sind in ihrem Auslauf nach innen vorzugsweise so gestaltet, dass sich Fußbereich Federarmabschnitte eine möglichst geringe Kerbwirkung ergibt.
-
Die Raststruktur ist so gestaltet, dass die Halteklaue eine Laufkante definiert, wobei diese Laufkante zur Ringmittelachse konzentrisch gekrümmt ist. Hierdurch wird es möglich, dass die Halteklaue im Rahmen ihres Aufschubs mit moderater Pressung und einem Linienkontakt auf der Lagerringsitzfläche gleitet, ohne diese zu verkratzen oder Späne aus dieser abzuheben.
-
Die Halteklaue wird vorzugsweise durch plastische Umformung des Ringmaterials gefertigt und ebenfalls vorzugsweise zumindest im Bereich ihrer letztlich sperrenden Rastfläche und entlang der die Rastfläche begrenzenden Rastkante spanend überarbeitet. Es ist auch möglich, die zur Bildung der Rastfläche vorgesehene Bearbeitung vor einem Abkröpfen des Federarmabschnittes vorzunehmen.
-
Zur Realisierung einer entgegen der Aufschubrichtung lediglich kraftschlüssig sichernden Haltestruktur wird die Halteklaue vorzugsweise so gestaltet, dass diese eine sich konvex gewölbt, oder zumindest schräg angestellt in die Gegenausnehmung hinein erstreckende Haltefläche bildet. Über die Wölbung/Anstellung und die Federsteifigkeit der Armabschnitte kann hierbei die zum Abzug erforderliche Abzugskraft abgestimmt werden.
-
Der erfindungsgemäße Lagerring ist vorzugsweise so gestaltet, dass dieser mehrere in Umfangsrichtung unter vorzugsweise gleicher Teilung abfolgend angeordnete Halte- oder Raststrukturen aufweist. Die Halte- oder Raststrukturen weisen dabei vorzugsweise eine Breite im Bereich von 4% bis 15% des Durchmessers des Lagerringes im Bereich seiner Lauffläche auf.
-
Der Lagerinnenring kann weiterhin so gestaltet werden, dass der zweite Randbereich einen in zur Seite der Halte- oder Rastfläche hin vorzugsweise rechtwinklig radial abgekröpften Bord bildet. Dieser Bord kann einen Axialanschlag bilden, durch welchen die maximale axiale Aufschubtiefe des Lagerinnenringes festgelegt wird.
-
Die erfindungsgemäße Lagerring eignet sich insbesondere für die Realisierung einer Lageranordnung zur Lagerung eines Planetenträgers eines Planetengetriebes bei welcher der Lageraußenring in einem Lagersitz aufgenommen ist der durch einen Umfangsabschnitt des Planetenträgers gebildet ist. Der erfindungsgemäße Lagerring bildet dann den Lagerinnenring und jene diesen Lagerinnenring tragende Struktur kann dann insbesondere durch einen stationären Abschnitt eines Getriebegehäuses bereitgestellt werden.
-
Dieses Getriebegehäuse kann einen stirnseitigen Abschluss eines Elektromotors bilden. Die den Lagerinnenring tragende Struktur kann einen Hohlzylinderabschnitt bilden, durch welchen eine Sonnenradwelle hindurchgeführt ist welche ein Sonnenrad treibt das mit Planeten in Eingriff steht die von dem Planetenträger getragen werden. An diesem Hohlzylinderabschnitt kann dann in einem der Aufschubseite abgewandten Endbereich der Ringsitzwandung eine schmale Nut ausgebildet werden, in welche die Raststruktur eingreift.
-
Der erfindungsgemäße gestaltete Lagerring bildet eine Wälzkörperlaufbahn am Außendurchmesser und wird auf eine dieses Bauteil tragende Struktur, z.B. ein stationäres Gehäuseteil, oder auch eine Welle aufgepresst und bildet Teil eines Radiallagers das Zylinderrollen, Nadeln oder anderweitige geeignete Wälzkörper aufweist. Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich zusätzlich zu der durch den Ringsitz erreichten Haltekraft eine axiale Sicherung. Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich eine Sicherung in axialer Richtung, die ggf. auch ein Wandern des Ringes in Umfangsrichtung zulässt. Die axiale Fixierung erfolgt über Sicherungsnasen des Ringes oder der Hülse die in eine Nut auf der Welle einschnappen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist an der Hülse mindestens eine radial federnde Haltenase am Durchmesser angebracht. Diese Haltenase(n) sichern die Hülse gegen axiales Wandern (oder verdrehen) auf der Welle, indem sie in eine umlaufende Ringnut (oder Ringnutsegmente) auf der Welle einrasten und bei Einwirkung einer axialen Last sich gegen die Kante der Nut spreizen. In die andere Richtung ist die Hülse gegen axiales Wandern über den inneren Hülsenbord an der Wellenschulter abgesichert. Die Sicherungsnasen sind so ausgeformt, dass sie radial federn können, beim Fertigungsprozess wird die Laufbahn nicht beschädigt und der fertigungsbedingte Stanzauszug vom Ziehen wird als Einführschräge genutzt, damit beim Aufpressen keine Späne gezogen werden.
-
Die Sicherungsnasen der Haltestruktur sind beidseitig radial freigemacht (umschnitten), danach wird in radialer Richtung von außen nach innen eine Vertiefung gestanzt die wie ein Haken aussieht. Dieser Haken ist am Durchmesser kleiner als der Wellendurchmesser. Beim Aufpressen auf die Welle federt der Haken nach außen und im Bereich der Nut auf der Welle schnappt er nach innen in diese Nut. Somit kann er ein axiales Wandern der Hülse verhindern.
-
Alternativ kann man, nach dem Umschneiden, die Nase auch nur nach innen biegen, anstatt einen Haken umformtechnisch zu bilden.
-
Figurenliste
-
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines als Lagerinnenring ausgeführten erfindungsgemäßen Lagerringes;
- 2 eine Detail-Darstellung zur weiteren Veranschaulichung der Raststruktur des Lagerinnenringes nach 1;
- 3 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung eines konstruktiven Details das eine kraftschlüssige Sicherung des Lagerringes ermöglicht die es erlaubt den Lagerring mit einer definierten Zugkraft zerstörungsfrei wieder von seinem Sitz abzuziehen;
- 4 eine Axialschnitt-Darstellung eines einseitig mit einem Bord versehenen Lagerinnenringes dessen Rast- oder Haltestruktur in eine Umfangsnut eines Bauteils eingreift das ansonsten auch die den Lagerinnenring tragende Sitzfläche bereitstellt;
- 5 eine Axialschnitt-Darstellung eines im Gegensatz zur Variante nach 4 bordlosen Lagerinnenringes dessen Rast- oder Haltestruktur in eine Umfangsnut eines Bauteils eingreift, wobei der Lagerring zudem an einer Stirnfläche ansteht die durch einen Umfangsstufe gebildet wird;
- 6 eine Axialschnitt-Darstellung eines unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Lagerringes realisierten Planetengetriebes.
-
Ausführliche Beschreibung der Figuren
-
Die Darstellung nach 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Lagerring 1 für ein Wälzlager der als nahtloses Blechumformteil gefertigt ist, und eine Lauffläche 1c bildet, die sich zwischen einem ersten Randbereich 1a und einem zweiten Randbereich 1b erstreckt. Der hier dargestellte Lagerring 1 ist so gestaltet, dass dieser in verbautem Zustand auf eine den Lagerring tragende Struktur aufgeschoben ist und dabei als Lagerinnenring fungiert (vgl. 6). Der Lagering 1 ist in seinem ersten Randbereich 1a mit einer Haltestruktur 20 die radial federnd verlagerbare Halteabschnitte aufweist und integral mit dem Lagerring 1 ausgebildet ist. Der Lagerring 1 ist hierbei so gestaltet, dass dieser einen Lagerinnenring bildet. Die Halte- oder Raststruktur 20 wird im Rahmen des Aufschubs des Lagerringes 1 zunächst radial nach außen gedrängt und federt bei Erreichen der Montageposition des Lagerringes 1dann radial einwärts ein.
-
Die Halte- oder Raststruktur 20 ist so gestaltet, dass diese eine sich im ersten Randbereich 1a erstreckende Halteklaue 1d sowie einen Federarmabschnitt 1e umfasst. Die Halteklaue 1d und der Federarmabschnitt 1e sitzen zwischen zwei Freischnitten 21, 22. Die Halteklaue 1d definiert eine Rastkante 23 oder alternativ eine im Querschnitt konvexe Haltenase 24. Über die Rastkante 23 kann eine formschlüssige axiale Sicherung des Lagerringes 1 bewerkstelligt werden. Über die Haltenase 24 kann eine im wesentlichen kraftschlüssige Sicherung des Lagerringes 1 bewerkstelligt werden.
-
Die Halte- oder Raststruktur bildet eine Laufkante 23a, 24a die zur Ringmittelachse X konzentrisch gekrümmt ist und einen im wesentlichen beschädigungsfreien Überschub der Halte- oder Raststruktur über den Lagersitz gewährleistet.
-
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Halteklaue 1d durch plastische Umformung gefertigt und bildet entweder eine sich scharfkantig vom Federarmabschnitt 1e erhebenden Haltefläche 23 oder eben eine gerundete Nase 24.
-
Der Lagering ist weiterhin so gestaltet, dass dieser mehrere, hier konkret vier in Umfangsrichtung abfolgend angeordnete Raststrukturen 20 aufweist.
-
Die Darstellung nach 2 veranschaulicht in Form einer perspektivischen Detail-Darstellung nochmals den Aufbau einer erfindungsgemäßen Halte- oder Raststruktur 20 mit einer Haltefläche 23 die in montiertem Zustand des Lagerringes eine Radialfläche einer Haltenut oder anderweitigen Stufung hintergreift. Die Haltefläche 23 bildet eine schmale Ringsegmentfläche mit im wesentlichen radialer Ausrichtung. Sie ist durch plastische Umformung eines Endabschnitts des Armabschnitts 1e gebildet. Die Halte- oder Raststruktur bildet die bereits in Verbindung mit 1 angesprochene Laufkante 23 die zur Ringmittelachse X konzentrisch gekrümmt ist. Der Krümmungsradius entspricht hierbei vorzugsweise dem halben Durchmesser des Lagersitzes, also jenes zylindrischen Abschnitts auf welchem der Lagerring 1 in montiertem Zustand sitzt. Hierdurch kommt es zu einem Linienkontakt zwischen den beiden Bauteilen während des Aufschubs.
-
Die Darstellung nach 3 zeigt stark vergrößerte eine Ausführungsform des Lagerringes 1, bei welcher die Halte- oder Raststruktur 20 eine Haltenase 24 bildet die bei Erreichen der hier gezeigten Montagestellung in eine Umfangsnut 5b einfedert. Der Lagerring 1 ist somit kraftschlüssig auf der diesen tragenden Struktur 5 axial gesichert. Der Lagerring 1 ist in seinem der Halte- oder Raststruktur abgewandten Randbereich 1b mit einem Bord 1b' versehen. Der Lagerring 1 wird entlang der hier durch das Pfeilsymbol A angedeuteten Aufschubrichtung auf die zylindrische Struktur 5 aufgeschoben. Die Haltenase 24 rastet bei Erreichen der Endstellung akustisch wahrnehmbar in die Umfangsnut 5b ein.
-
Die Darstellung nach 4 zeigt eine Anordnung bei welcher der Lagerring 1 wiederum jenen Bord 1b' aufweist und als Lagerinnenring fungiert. Die Axialposition des Lagerrings 1 ist durch den Bord 1b' und die Halte- und Raststruktur 20 festgelegt. Der Bord begrenzt formschlüssig die Axialposition des Lagerringes 1 in Aufschubrichtung A indem dieser an einer Stirnfläche 5c der den Lagerring 1 tragenden Struktur zur Anlage gelangt. Die Halte- oder Raststruktur 20 greift in eine Umfangsnut 5b ein und sichert je nach Gestaltung der Eingriffssituation entweder kraft- oder formschlüssig gegen eine Abwanderung des Ringes 1 entgegen der Aufschubrichtung A.
-
Die Darstellung nach 5 zeigt eine Anordnung bei welcher der Lagerring 1 wiederum als Lagerinnenring fungiert, jedoch keinen Bord 1b aufweist. Die Axialposition des Lagerrings 1 ist durch eine Stirnfläche 5c festgelegt die hier durch eine Ringstufe gebildet wird, an welcher der in Aufschubrichtung A vorne liegende Stirnbereich das Lageringes 1 ansteht. Die Halte- oder Raststruktur 20 greift ansonsten wiederum in eine Umfangsnut 5b ein und sichert je nach Gestaltung der Eingriffssituation entweder kraft- oder formschlüssig gegen eine Abwanderung des Ringes 1 entgegen der Aufschubrichtung A.
-
Die Darstellung nach 6 zeigt einen Teilbereich eines Getriebes für eine elektromechanische Antriebseinrichtung bei welcher die Lagerung eines Planetenträgers C durch eine unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Lagerringes 1 aufgebaute Lageranordnung L1 bewerkstelligt ist.
-
Die Lageranordnung L1 umfasst den hier als Lagerinnenring fungierenden Lagerring 1, einen Lageraußenring 2, Zylinderrollen 3 die in einem zwischen den beiden Lagerringen 1, 2 definierten Ringraum aufgenommen sind, sowie eine Käfigeinrichtung 4 zur Führung der Zylinderrollen 3.
-
Der Lagerinnenring 1 ist hier als Blechumformteil, insbesondere nahtloses Tiefziehteil gefertigt und bildet eine den Zylinderrollen 3 zugewandte Lauffläche 1c die sich zwischen einem ersten Randbereich 1a und einem zweiten Randbereich 1b erstreckt.
-
Der Lagerinnenring 1 ist auf eine diesen Lagerinnenring 1 tragende Struktur 5 aufgeschoben, und dort über die erfindungsgemäße Haltestruktur 20 gesichert.
-
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der den Lagerinnenring tragenden Struktur 5 eine Umfangsnut 5b ausgebildet, und Haltestruktur 20 greift radial von außen her in diese Umfangsnut 5b ein.
-
Der zweite Randbereich 1b bildet einen radial einwärts abgekröpften Bord 1b' durch welchen die axiale Aufschubendposition des Lagerinnenringes 1 auf der als Hohlzylinderzapfen gestalteten Struktur 5 festgelegt ist.
-
Der Lageraußenring 2 ist in einem in einem Lagersitz 6 aufgenommen, der durch einen Umfangsabschnitt des oben bereits genannten Planetenträgers C gebildet ist. Die den Lagerinnenring 1 tragende Struktur 5 stellt bei diesem Ausführungsbeispiel einen stationären Abschnitt eines Getriebegehäuses 7 dar. Dieses Getriebegehäuse 7 bildet einen stirnseitigen Abschluss eines hier nicht weiter dargestellten Elektromotors. Jene den Lagerinnenring 1 tragende Struktur 5 bildet einen Hohlzylinderabschnitt durch welchen eine hier nicht weiter gezeigte Sonnenradwelle hindurchgeführt ist welche ein Sonnenrad treibt das mit Planeten P in Eingriff steht die von dem Planetenträger C getragen werden.
-
Der Planetenträger C stützt sich über eine zweite Lageranordnung L2 axial an einer Stirnfläche 5a der hohlzylindrischen Struktur 5 ab. Diese zweite Lageranordnung L2 ist hier ebenfalls als Wälzlager ausgeführt.
-
Innerhalb der hohlzylindrischen Struktur 5 ist ein Schmierölkanal 9 ausgebildet, der in einen radial zwischen der ersten und der zweiten Lageranordnung L1, L2 liegenden Bereich mündet.
-
Der Planetenträger C ist so gestaltet, dass die von diesem getragenen Planetenbolzen 10 auf dem Umfangsniveau der ersten Lageranordnung L1, konkret dem Außendurchmesserniveau des Lagerinnenringes 1 in Bohrungen 11 des Planetenträgers C eintauchen. Die Planetenbolzen 10 sind als Sacklochhohlbolzen gestaltet und werden mit Schmieröl versorgt das über den oben genannten Schmierölkanal 9 dem Zwischenraum zwischen den beiden Lagern L1, L2 zufließt. Das so aufgegriffene Schmieröl kann durch Radialbohrungen 12 abwandern und der Planetenradlagerung 13 zufließen.
-
Obgleich hier abweichend dargestellt ist es in vorteilhafter Weise möglich, den in dieser Darstellung linken Axiallagerring 14 der zweiten Lageranordnung L2 integral mit dem Lagerinnenring 1 der ersten Lageranordnung L1 zu fertigen und damit die axiale Abwanderung des Lagerinnenringes 1 ebenfalls zu vermeiden.
-
An den Planetenträger C schließt sich auf einer der ersten Lageranordnung L1 abgewandten Seite ein Fortsatz an, welcher eine als Sonnenrad S2 fungierende Außenverzahnung Z2 trägt. Dieses Sonnenrad S2 greift dann im komplett montierten Getriebe in Planeten einer weiteren Umlaufrädergetriebestufe ein.
-
Die erfindungsgemäße Haltestruktur 20 gewährleistet über einen großen Temperaturbereich hinweg eine hochwirksame axiale Festlegung des Lagerinnenringes 1 auf einer aus einer Aluminiumlegierung gefertigten Trägergeometrie z.B. in Form des hier gezeigten Hohlzapfens 5.
