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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagesicherung eines Wälzlagers, wobei ein äußerer Lagerring mittels einer Fügeverbindung reibschlüssig bzw. kraftschlüssig in einer Aufnahme eines Gehäuses eingesetzt ist.
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Um Bauteile wie beispielsweise einen Lagerring, ein Zahnrad oder einen Nocken zuverlässig in einer Bohrung oder einer Gehäuseaufnahme mittels einer Presspassung zu fixieren, ist es bekannt, zumindest eine der miteinander in Kontakt stehenden Füge- oder Verbindungsflächen mit einer Struktur zu versehen. Die sich dabei einstellende aufgeraute Fläche vergrößert das Reibmoment bzw. führt zu einer Erhöhung des übertragbaren Drehmoments.
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Bei hochbelasteten Wälzlagern besteht die Gefahr, dass sich der Lagersitz lockert oder der äußere Lagerring im Lagersitz, in der Gehäuseaufnahme in Umfangs- oder in Axialrichtung rutscht bzw. wandert oder verdreht. Dieser unerwünschte Effekt führt zu einem nachteiligen Verschleiß der Sitzflächen von dem Lagerring und / oder der Bohrung bzw. der Gehäuseaufnahme. Um diesen Nachteil zu begegnen, wurde beispielsweise die Pressung zwischen dem Lagerring und dem Gehäuse erhöht, ein Klebemittel eingesetzt oder der Lagerring durch Formschluss gesichert.
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Gemäß der
EP 0 875 686 A1 ist zur Lagesicherung bzw. zur Lagefixierung des äußeren Lagerrings in einer Lagerbohrung zumindest eine Presssitzfläche der Fügeverbindung durch Kugelstrahlen behandelt. Die sich dabei einstellenden Oberflächenverformungen bilden den Reibwert erhöhende Vertiefungen.
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Aus der
DE 10 2004 013 673 A1 ist zur Lagesicherung von reibschlüssig in Lagerbohrungen eingesetzten Gleitlagerschalen vorgesehen, zumindest eine Kontaktfläche zwischen der Lagerbohrung und der Gleitlagerschale mit einer den Reibwert erhöhenden Mikrostruktur zu versehen. Die unregelmäßig ausgeführte Mikrokrater einschließende Oberflächenstruktur wird durch Strahlen der betreffenden Kontaktfläche mit Kleinpartikeln erreicht.
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Die
DE 103 25 910 A1 bezieht sich auf das Einbringen von Strukturen in Innenumfangsflächen von einem Pleuel, die zur reibschlüssigen Aufnahme einer Lagerschale bestimmt sind. Dabei werden mittels eines Lasers Vertiefungen einschließende Strukturen in die Innenumfangsflächen eingebracht, um eine verbesserte Lagesicherung der Lagerschale zu erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mittels einer einfachen Maßnahme und einem geringem Herstellungsaufwand eine Reibkorrosion eliminierende verbesserte Fügeverbindung zwischen einem Lagerring und einer zugehörigen Aufnahme zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen, auf den unabhängigen Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in zumindest einer mit dem Gehäuse verbundenen Kontaktfläche des Lagerrings eine mittels Lasers strukturierte, eine einen Reibwert erhöhende und Aufwürfe bildende Mikrostruktur eingebracht ist.
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Bei einer Wälzlageranordnung kann eine hohe Betriebsbelastung eine elastische Verformung von Bauteilen verursachen. Diese kann zu einer Mikrogleitbewegung der Lagerbauteile relativ zueinander führen, welche häufig eine Reibkorrosion zur Folge hat. Die sich durch die erfindungsgemäße Laserbehandlung einstellende Mikrostruktur bildet ein Mikrokrater. Diese Oberflächentopographie erhöht den Reibwert und verhindert im Einbauzustand des Lagerrings vorteilhaft eine Relativbewegung zwischen der Lageraufnahme und dem Lagerring. Gleichzeitig vermeidet die Mikrostruktur wirksam das Entstehen von einer Reibkorrosion.
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Durch die mittels des Lasers geschaffene Mikrostruktur an der Kontaktfläche lässt sich der Reibwert deutlich steigern, da die auch Ränder genannten Aufwürfe der Laserpunkte wie Widerhaken wirken und sich in dem Material der gegenüberliegen Fügefläche verkrallen bzw. eingraben.
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Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße, zur Verbesserung des Lagerringsitzes hergestellte, lasergeätzte Struktur an der, auch Presssitzoberfläche genannten, Kontaktfläche Aufwürfe einschließende Oberflächenverformungen mit einer Rautiefe von 3 bis 45 µm auf.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Erzeugen der Mikrostrukturen durch einen Laserprozess an dem Lagerring erfordert vorteilhaft keinerlei Vorbereitung an dem anderen Lagerpartner, dem Gehäuse.
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Vorteilhaft kann die hinsichtlich des Reibwertes verbesserte Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Lagerring mittels einer einfachen Maßnahme und mit einem geringen Herstellungsaufwand realisiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die mittels Laserstrahlen behandelte Kontaktfläche bzw. Mantelfläche des Lagerrings mit einem regelmäßigen Muster zu strukturieren. Beispielsweise kann die Mikrostruktur regelmäßig voneinander beabstandete Linien aufweisen oder linienförmig verlaufende, insbesondere einander überkreuzende Vertiefungen unterschiedlicher Tiefe aufweisen. Bevorzugt sind die gelaserten Linien parallel, quer oder schräg zu einer Wellenachse ausgerichtet.
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Das erfindungsgemäße Konzept ist weiterhin für einen Längs- oder Querpresssitz des Lagerrings geeignet. Entsprechend ist dazu in eine stirnseitige Kontaktfläche des Lagerrings eine Mikrostruktur eingebracht, über die der Lagerring beispielsweise axial an einer Schulter eines Gehäuses kraftschlüssig abgestützt ist. Diese Maßnahme kann beispielsweise als reibwerterhöhende Maßnahme ergänzend zu einer laserstrukturierten Mantelfläche des Lagerrings vorgesehen werden. Vorteilhaft weist die stirnseitige Kontaktfläche des Lagerrings eine strahlenförmige, ein Sonnenprofil bildende Mikrostruktur auf.
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Bevorzugt ist der, zumindest eine Mikrostruktur aufweisende Lagerring einem Wälzlager zugeordnet, das in einem Achs- oder Antriebssystem eines Fahrzeugs eingesetzt ist. Das erfindungsgemäße, beispielsweise als Kegelrollenlager oder als Tandem-Kugellager ausgeführte Wälzlager eignet sich bevorzugt zur Lagerung von Ritzelwellen in einem Differentialgetriebe.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
- 1: ein Differentialgetriebe im Längsschnitt mit unterschiedlichen Wälzlagern, deren äußeren Lagerringe jeweils mittels einer erfindungsgemäßen Struktur an einem Gehäuse positioniert sind;
- 2: einen Lagerring in der Perspektive, der eine mittels Laser strukturierte Mantelfläche aufweist;
- 3: eine Vorderansicht eines Lagerrings mit einer mittels Laser strukturierten Stirnseite;
- 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Mikrostruktur.
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In der 1 ist ein typischer Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Anordnung zur Lagesicherung eines Wälzlagerrings in einem Gehäuse mittels einer laserstrukturierten Mikrostruktur dargestellt. Gezeigt ist ein für ein Fahrzeug bestimmtes Differentialgetriebe 1 im Längsschnitt. Jeder Lagerstelle sind zwei unterschiedliche Wälzlager gegenübergestellt, zur Verdeutlichung, dass die erfindungsgemäße Lagesicherung für verschiedene Wälzlagerausführungen einsetzbar ist. In der oberen Hälfte des Differentialgetriebes 1 sind voneinander abweichend dimensionierte Kegelrollenlager 2 jeweils mit einer übereinstimmenden Bezugsziffer gekennzeichnet. In der unteren Hälfte sind unterschiedlich dimensionierte zweireihige Kugellager 3 sowie ein einreihiges, auch Rillenkugellager genanntes Kugellager 4 gezeigt.
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Nachfolgend werden die Einbausituation sowie die erfindungsgemäße Lagesicherung exemplarisch anhand des Kegelrollenlagers 2 beschrieben, die weitestgehend mit allen weiteren Wälzlagern des Differentialgetriebes 1 übereinstimmen. Ein äußerer Lagerring 6 des Kegelrollenlagers 2 ist kraftschlüssig bzw. reibschlüssig in eine Aufnahme 7 eines Gehäuses 5 bis zur axialen Anlage an einer Schulter 8 eingepresst. Ein innerer, auf einer Ritzelwelle 9 aufgepresster Lagerring 10 ist axial an einem Ritzel 11 abgestützt. Zwischen den Lagerringen 6, 10 sind an zugehörigen Laufbahnen als Kegelrollen ausgeführte Wälzkörper 12 geführt. Eine erfindungsgemäße Lagesicherung erfolgt über zumindest eine Kontaktfläche 13, 14 des äußeren Lagerrings 6, in die eine mittels eines Lasers strukturierte, einen Reibwert erhöhende Mikrostruktur 15, 18 (gezeigt in 2 und 3) eingebracht ist. Als Kontaktfläche 13 ist eine Mantelfläche vorgesehen, über die der äußere Lagerring 6 im Einbauzustand radial an der Aufnahme 7 des Gehäuses 5 abgestützt ist. Die Kontaktfläche 14 bildet eine in 3 gezeigte, mit der Schulter 8 des Gehäuses 5 zusammenwirkenden Stirnseite des äußeren Lagerrings 6.
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Die 2 zeigt den äußeren Lagerring 6 als Einzelteil in der Perspektive, dessen, auch Mantelfläche genannte Kontaktfläche 13 eine Mikrostruktur 15 mit regelmäßig voneinander beabstandeten, sich kreuzenden Linien 16, 17 aufweist.
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In 3 ist der äußere Lagerring 6 in einer Vorderansicht abgebildet, der eine mittels Laser strukturierte Stirnseite einschließt. Die strahlenförmig als ein Sonnenprofil ausgebildete Mikrostruktur 18 ist als Kontaktfläche 14 vorgesehen.
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Die 4 zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung der Mikrostruktur 15, die sich durch die Laserbehandlung der Kontaktfläche 13 einstellt. Die Oberflächentopographie der Kontaktfläche 13 schließt Mikrokrater 19 ein, deren Kraterboden 20 unterhalb des ursprünglichen Oberflächenniveaus 21 liegt, während auch Kraterränder genannte Aufwürfe 22 das ursprüngliche Oberflächenniveau 21 übertreffen. Die Laserbehandlung ist ein Zufallsprozess, so dass sich auch eine zufällige Verteilung der Mikrokrater 19 auf der Kontaktfläche ergeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Differentialgetriebe
- 2
- Kegelrollenlager
- 3
- Kugellager (zweireihig)
- 4
- Kugellager (einreihig)
- 5
- Gehäuse
- 6
- Lagerring (außen)
- 7
- Aufnahme
- 8
- Schulter
- 9
- Ritzelwelle
- 10
- Lagerring (innen)
- 11
- Ritzel
- 12
- Wälzkörper
- 13
- Kontaktfläche (radial)
- 14
- Kontaktfläche (axial)
- 15
- Mikrostruktur
- 16
- Linie
- 17
- Linie
- 18
- Mikrostruktur
- 19
- Mikrokrater
- 20
- Kraterboden
- 21
- Oberflächenniveau
- 22
- Aufwurf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0875686 A1 [0004]
- DE 102004013673 A1 [0005]
- DE 10325910 A1 [0006]
