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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Lagerung einer Welle, aufweisend einen Innenring und einen zum Innenring koaxialen Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring eine Vielzahl von Wälzkörpern derart gelagert ist, dass der Innenring und der Außenring umfangsgemäß zueinander verdrehbar sind.
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Heutzutage sind Wälzlager vielen unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, so dass sie umfangreiche mechanische Eigenschaften haben sollten. Einige Anwendungen von Lagern erfordern, dass das Lager hohes Drehmoment, hohe Drehzahlen, Radialkräfte, Neigen und ähnliche Belastungen aushält.
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Allerdings hat sich herausgestellt, dass der Lagerinnenring unter hohen Kippmomenten an der Nabe axial abwandern kann. Insbesondere bei Lagern mit kleinen Nabendurchmessern verschärft sich dieses Thema.
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Um das axiale Abwandern zu reduzieren, ist bei Wälzlagern nach Stand der Technik derzeit vorgesehen, dass die Verbindungen mit Überdeckungen konstruiert werden, die auf einer jeweils maximal möglichen Grenze liegen. Allerdings reicht eine solche Lösung beispielsweise bei schweren Sekundärseiten beziehungsweise bei Sportwagenanwendungen teilweise nicht aus.
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Eine weitere, alternative Lösung nach Stand der Technik sieht vor, dass ein Wälzlager mittels eines Sicherungsrings gegengelagert und somit axial fixiert wird. Allerdings entstehen hierbei durch zusätzlichen Materialeinsatz weitere Fertigungs-, Material- und Montagekosten.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Wälzlageranordnung mit einem Wälzlager zu schaffen, dessen axiale Verschiebesicherung kostengünstig beziehungsweise insbesondere kostenneutral gewährleistet werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Wälzlageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Die Erfindung betrifft somit eine Wälzlageranordnung mit einem Wälzlager zur Lagerung eines rotierbaren Körpers, aufweisend einen Innenring und einen zum Innenring entlang einer Rotationsachse koaxial angeordneten Außenring, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring eine Vielzahl von Wälzkörpern derart gelagert ist, dass der Innenring und der Außenring umfangsgemäß zueinander um die Rotationsachse verdrehbar sind, wobei der Innenring und/ oder der Außenring des Wälzlagers durch mindestens eine Verstemmverbindung gegen axiale Bewegung entlang der Rotationsachse gesichert ist.
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Durch die Verstemmung wird eine Wulst am Wälzlager aufgeschoben. Diese Wulst verhindert das Abwandern des Wälzlagers entlang seiner Rotationsachse: Anders formuliert bedeutet dies, die Verstemmverbindung beziehungsweise die Verstemmung dient der axialen Sicherung des Wälzlagers. Besonders eignet sich diese Wälzlageranordnung für Wälzlager, deren Innenring mit einer Nabe eines Kraftfahrzeugs verbunden wird.
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Insbesondere wird die Verstemmverbindung mit einem Stempel hergestellt.
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Die Verstemmung führt zu einer kraft- und formschlüssigen Verstemmverbindung durch plastisches Verformen zwischen dem Innenring und beispielsweise der Nabe, auf der der Innenring angeordnet sein kann. Diese Verformung des Randbereiches zumindest eines der Teile erfolgt in einer Weise, dass sie sich insbesondere unlösbar ineinander verkeilen. Zum Verstemmen eignen sich alle Materialien, die sich plastisch verformen lassen, beispielsweise Kunststoffe und Metalle. Im Gegensatz zu stoffschlüssigen Verbindungen, beispielsweise Schweißverbindungen, lassen sich durch Verstemmen auch unterschiedliche Werkstoffe zusammenfügen.
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Über verstemmte Verbindungen können hohe Drehmomente übertragen werden. Für die Höhe der übertragbaren Kraft und die Haltbarkeit der Verbindung hat die Oberflächenrauhigkeit beider zu verstemmenden Teile eine maßgebliche Bedeutung, wobei die Parameter der zu wählenden Oberflächenrauhigkeit dem Fachmann allgemein bekannt sind.
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Insbesondere kann der Innenring verstemmt werden. Dabei kann der Innenring vorzugsweise mit einer Nabe verstemmt werden. Ein besonderer Vorteil hierbei ist, dass an der Nabe keine Modifikationen erforderlich sind, um die Verstemmverbindung herzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Außenring verstemmt werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung erfordert für einen definierten Ringradius lediglich einmalige Investitionskosten für das entsprechende Verstemm-Werkezeug. Mithin wird durch die Erfindungslehre eine kostengünstige beziehungsweise kostenneutrale Lösung angeboten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise für die Verwendung von Wälzlagern an Naben in Kraftfahrzeugen vorgesehen, dass die mindestens eine Verstemmverbindung mit einem Stempel hergestellt wird, dessen Durchmesser an seiner Stirnfläche etwa 4 Millimeter beträgt. Dies ist ein besonders bevorzugter Durchmesser für eine gut verbundene Wälzlageranordnung, und soll lediglich einen Richtwert angeben. Das erfindungsgemäße Ergebnis kann auch mit geringfügig abweichenden Werten erzielt werden.
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Weiterhin hat sich insbesondere bei verstemmverbundenen Wälzlagern an Naben in Kraftfahrzeugen als vorteilhaft erwiesen, dass das Wälzlager durch acht Verstemmverbindungen gegen axiale Bewegung entlang der Rotationsachse gesichert ist. Hierdurch lässt sich die Belastung, insbesondere für die vorgenannte Verwendung derart aufteilen, dass eine lange Haltbarkeit der Wälzlageranordnung gewährleistet ist.
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Vorzugsweise sind die Verstemmverbindungen insbesondere regelmäßig beabstandet über den Umfang des Wälzlagers angeordnet. Dies stellt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dar, um die Komponenten möglichst gleichmäßig zu belasten und somit deren Haltbarkeit zu erhöhen.
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Insbesondere kann nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise für die Verwendung von Wälzlagern an Naben in Kraftfahrzeugen, vorgesehen sein, dass die mindestens eine Verstemmverbindung, vorzugsweise jede Verstemmverbindung mit einer Verstemmkraft von etwa 4000 Newton pro Stempel erzeugt ist. Etwa 4000 Newton bedeutet im Sinne der Erfindung insbesondere eine Abweichung nach oben und unten von 10 Prozent, zumindest jedoch von vorzugsweise 5 Prozent.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Wälzlageranordnung mit einem Wälzlager an einer Nabe in einem Kraftfahrzeug, wobei der Innenring des Wälzlagers mit der Nabe verstemmverbunden ist, das Wälzlager axial entlang seiner Rotationsachse nur noch geringfügig verschoben werden konnte. Dabei konnte dieser Verschiebeweg auf bis zu etwa 0,5 Millimeter reduziert werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: einen Längsschnitt durch eine Wälzlageranordnung nach Stand der Technik,
- 2: einen Ausschnitt der Wälzlageranordnung nach 1,
- 3: einen Längsschnitt durch eine Wälzlageranordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
- 4: einen Ausschnitt der Wälzlageranordnung nach 3,
- 5: eine Seitenansicht auf die Wälzlageranordnung nach den 3 und 4 und
- 6: eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Wälzlageranordnung nach den 3 bis 5.
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1 zeigt eine Wälzlageranordnung 10 nach Stand der Technik. Die vorbekannte Wälzlageranordnung 10 weist ein Wälzlager 12 zur Lagerung eines rotierbaren Körpers auf. Der dargestellte rotierbare Körper ist vorliegend eine Nabe 22 eines Kraftfahrzeugs. Das Wälzlager 12 weist einen Innenring 14 und einen zum Innenring 14 entlang einer Rotationsachse R koaxial angeordneten Außenring 16 auf.
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1 deutet einen Ausschnitt A an, der in der 2 weitestgehend dargestellt ist.
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Zwischen dem in den 1 und 2 dargestellten Innenring 14 und dem Außenring 16 ist eine Vielzahl von Wälzkörpern 18 derart gelagert, dass der Innenring 14 und der Außenring 16 umfangsgemäß zueinander um die Rotationsachse R verdrehbar sind.
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Das Wälzlager 12 ist nur mittels eines Schnappsitzes befestigt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Verbindung, die ausschließlich auf einem Schnappsitz basiert, zu einem Abwandern des Innenrings 14 entlang der Nabe 22 führt.
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3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Wälzlageranordnung 10. Diese Wälzlageranordnung 10 weist ein Wälzlager 12 zur Lagerung eines rotierbaren Körpers auf, wobei der rotierbare Körper vorliegend eine Nabe 22 eines Kraftfahrzeugs ist.
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Das Wälzlager 12 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der 3 bis 6 umfasst einen Innenring 14 und einen zum Innenring 14 entlang einer Rotationsachse R koaxial angeordneten Außenring 16. Zwischen dem Innenring 14 und dem Außenring 16 ist eine Vielzahl von Wälzkörpern 18 derart gelagert, dass der Innenring 14 und der Außenring 16 umfangsgemäß zueinander um die Rotationsachse R verdrehbar sind.
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Insbesondere der Innenring 14 des Wälzlagers 12 ist durch mindestens eine Verstemmverbindung 20 gegen axiale Bewegung entlang der Rotationsachse R an einem zu lagernden Körper gesichert. Zusätzlich kann das Wälzlager 12 auch durch einen Schnappsitz gesichert sein.
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3 deutet einen Ausschnitt B an, der in der 4 weitestgehend dargestellt ist. Insbesondere in 4 ist erkennbar, dass durch die Verstemmung der Verstemmverbindung 20 eine Wulst am Wälzlager 12 aufgeschoben wird. Diese Wulst verhindert das Abwandern des Wälzlagers 12 an der Nabe 22 entlang seiner Rotationsachse R. Anders formuliert bedeutet dies, die Verstemmverbindung 20 beziehungsweise die Verstemmung dient der axialen Sicherung des Wälzlagers 12. Besonders eignet sich diese Wälzlageranordnung 10 für Wälzlager 12, deren Innenring 14 mit einer Nabe 22 eines Kraftfahrzeugs zu verbinden ist.
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Insbesondere werden die Verstemmverbindungen 20 mit einem nicht dargestellten Stempel hergestellt.
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Die jeweilige Verstemmung führt zu einer kraft- und formschlüssigen Verstemmverbindung 20 durch plastisches Verformen zwischen dem Innenring und beispielsweise der Nabe 22, auf der der Innenring 14 angeordnet sein kann. Diese Verformung des Randbereiches zumindest eines der Teile erfolgt derart, dass sie sich insbesondere unlösbar ineinander verkeilen. Zum Verstemmen eignen sich alle Materialien, die sich plastisch verformen lassen, beispielsweise Kunststoffe und Metalle. Im Gegensatz zu stoffschlüssigen Verbindungen, beispielsweise Schweißverbindungen, lassen sich durch Verstemmen auch unterschiedliche Werkstoffe zusammenfügen.
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Über Verstemmverbindungen 20 können hohe Drehmomente übertragen werden. Für die Höhe der übertragbaren Kraft und die Haltbarkeit der Verbindung hat die Oberflächenrauhigkeit beider zu verstemmenden Teile eine maßgebliche Bedeutung, wobei die Parameter der zu wählenden Oberflächenrauhigkeit dem Fachmann allgemein bekannt sind.
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Insbesondere kann der Innenring 20 verstemmt werden, wie auch in den 3 bis 6 dargestellt. Dabei kann der Innenring 14 vorzugsweise mit einer Nabe 22 verstemmt werden. Ein besonderer Vorteil hierbei ist, dass an der Nabe 22 keine Modifikationen erforderlich sind, um Verstemmverbindungen 20 herstellen zu können.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch der Außenring 16 verstemmt werden. Dies ist allerdings nicht in den Figuren dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Lösung erfordert für einen definierten Ringradius lediglich einmalige Investitionskosten für das entsprechende Verstemm-Werkezeug. Mithin wird durch die Erfindungslehre eine kostengünstige beziehungsweise kostenneutrale Lösung angeboten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise für die Verwendung von Wälzlagern 12 an Naben 22 in Kraftfahrzeugen vorgesehen, dass die mindestens eine Verstemmverbindung 20 mit einem Stempel hergestellt wird, dessen Durchmesser an seiner Stirnfläche 4 Millimeter beträgt. Hierdurch kann eine hinreichend feste Verstemmverbindung 20 sichergestellt werden.
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Besonders vorteilhaft und in den 3, 5 und 6 dargestellt kann es sein, dass das Wälzlager 12 durch acht Verstemmverbindungen 20 gegen axiale Bewegung entlang der Rotationsachse R gesichert ist. Hierdurch lässt sich die Belastung, insbesondere für die vorgenannte Verwendung derart aufteilen, dass eine lange Haltbarkeit der Wälzlageranordnung 10 gewährleistet ist.
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Vorzugsweise sind die Verstemmverbindungen 20 insbesondere regelmäßig beabstandet über den Umfang des Wälzlagers 12 angeordnet. Dies stellt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dar, um die Komponenten möglichst gleichmäßig zu belasten und somit deren Haltbarkeit zu erhöhen.
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Insbesondere kann nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise für die Verwendung von Wälzlagern 12 an Naben 22 in Kraftfahrzeugen, vorgesehen sein, dass die mindestens eine Verstemmverbindung 20, vorzugsweise jede der insbesondere acht Verstemmverbindung 20 mit einer Verstemmkraft von etwa 4000 Newton pro Stempel erzeugt ist. Hierdurch kann eine hinreichend feste Verstemmverbindung 20 sichergestellt werden, wobei der Werkzeugverschleiß so gering wie möglich ausfällt. Etwa 4000 Newton bedeutet im Sinne der Erfindung insbesondere eine Abweichung nach oben und unten von 10 Prozent, zumindest jedoch von vorzugsweise 5 Prozent.
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Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Wälzlageranordnung 10 mit einem Wälzlager 12 an einer Nabe 22 in einem Kraftfahrzeug, wobei der Innenring 14 des Wälzlagers 12 mit der Nabe 22 verstemmverbunden ist, wobei beispielsweise die Stempelstirnfläche jeweils vier Millimeter betragen kann und insgesamt beispielhaft acht regelmäßig verteilte Verstemmverbindung 20 mit etwa 4000 Newton erzeugt werden, das Wälzlager 12 axial entlang seiner Rotationsachse R nur noch geringfügig verschoben werden konnte. Dabei konnte dieser Verschiebeweg auf bis zu etwa 0,5 Millimeter reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wälzlageranordnung
- 12
- Wälzlager
- 14
- Innenring
- 16
- Außenring
- 18
- Wälzkörper
- 20
- Verstemmverbindung
- 22
- Nabe
- R
- Rotationsachse
