DE102019133668A1

DE102019133668A1 - Lagerträger und Verfahren zum Herstellen des Lagerträgers

Info

Publication number: DE102019133668A1
Application number: DE102019133668.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Pflug
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerträger (1) mit einem Lagerring (2) und einer Trägerplatte (4), wobei der Lagerring (2) außen eine umfangsseitig um eine axial ausgerichtete Lagerachse (16) umlaufende Umfangsnut (6) aufweist, und wobei der Lagerring (2) in einem Montageloch (3) der Trägerplatte (4) sitzt und dabei ein Flanschabschnitt (5) der Trägerplatte (4) in die Umfangsnut (6) radial eingreift, wobei die Trägerplatte (4) einen Schlitz (13) aufweist, welcher die Trägerplatte (4) und den Flanschabschnitt (5) umfangsseitig verbleibend unterbricht und dabei die Trägerplatte (4) gehärtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lagerträger mit einem Lagerring und einer Trägerplatte, wobei der Lagerring außen eine umfangsseitig um eine axial ausgerichtete Lagerachse umlaufende Umfangsnut aufweist, und wobei der Lagerring in einem Montageloch der Trägerplatte sitzt und dabei ein Flanschabschnitt der Trägerplatte in die Umfangsnut radial eingreift, wobei die Trägerplatte einen Schlitz aufweist.
Aus der EP 2 622 238 B1 ist ein Flanschlager und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Flanschlagers bekannt. Das Flanschlager weist integral die Laufbahnen eines Wälzlagers auf. Das Halbzeug, aus dem der Flanschlagerring hergestellt wird, ist ein L-Profil, das um seine Längsachse kreisrund gebogen wird. Dabei werden die Biegeenden des Profils aufeinander zu gebogen und anschließend miteinander verschweißt. Im Anschluss werden die Laufbahnen des Wälzlagers eingebracht.
Ein weiteres Flanschlager mit integral an dem Flansch ausgebildeten Laufbahnen ist aus der KR 101 443 511 B1 bekannt.
Die DE 299 16 349 U1 offenbart einen gattungsgemäßen Lagerträger zur Festlegung eines Wälzlagers in einem Maschinenbauteil. Der Lagerträger besteht aus einer flanschartig ausgebildeten Trägerplatte und ist ein an mindestens einer Umfangsstelle durch einen Schlitz unterbrochenes Blechteil. Ein Lagerring eines Wälzlagers ist innen mit Wälzlaufbahnen versehen und außen mit einer Umfangsnut. Bei der Montage des Lagerträgers wird die Trägerplatte wird in die Umfangsnut eingesetzt. Der Schlitz in der Trägerplatte erleichtert eine derartige Montage. Anschließend werden die beiden am Schlitz aufeinander zu weisenden Enden der Trägerplatte für einen sicheren Halt des Lagerrings in der Trägerplatte formschlüssig nicht mehr lösbar miteinander verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lagerträger zu schaffen, der sich einfach und kostengünstig herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Der Schlitz unterbricht die Trägerplatte und den Flanschabschnitt der Trägerplatte umfangsseitig verbleibend und zugleich ist die Trägerplatte gehärtet. „Umfangsseitig verbleibend“ steht für eine Trägerplatte, an der der Schlitz nach dem Zusammenbau der Trägerplatte mit dem Lagerring nach wie vor besteht, ohne dass dieser oder ohne, dass Abschnitte von diesem durch Stoff- oder Formschluss überwunden bzw. geschlossen werden. Außerdem ist die Trägerplatte gehärtet.
Die Trägerplatte ist durch Eigenspannungen ihres Materials federelastisch quer zur Lagerachse in einen aufgespreizten Zustand aufspreizbar und aus dem aufgespreizten Zustand in den Ausgangszustand eigenständig elastisch einfedernd ausgebildet. Der Innendurchmesser des Montagelochs entspricht in dem aufgespreizten Zustand mindestens dem ersten Durchmesser des Bordes.
An Lagerträgern der Gattung nach dem Stand der Technik die Trägerplatten weich gelassen, also nicht gehärtet. Dies war möglich, da die Trägerplatten im Wesentlichen nur eine Trag-, Positionierungs- und Überbrückungsfunktion zu erfüllen haben. Beim Zusammenbau von Trägerplatte und Lagerring wird die Trägerplatte unter Anwendung einer definierten Spreizkraft radial bzw. in Umfangsrichtung elastisch aufgespreizt. Dabei weitet sich der Durchmesser der Montageöffnung soweit auf, dass die Trägerplatte mit der Montageöffnung axial über den Bord des Lagerrings geschoben und über der Umfangsnut ausgerichtet werden kann. Danach wird die Spreizkraft auf null gesetzt. Die Trägerplatte federt/schnappt dabei radial in die Umfangsnut ein und ist somit axial gesichert. Das Material, es wird vorzugsweise Stahlblech verwendet, ist relativ weich. Es ist kommt also vor, dass sich die Trägerplatte trotz sorgfältiger Montagevorbereitung auch geringfügig plastisch verformt und die Montageöffnung nicht in ihren ursprünglichen Umfang zurückfedert. Das hat zur Folge, dass der Sitz der Trägerplatte in der Umfangsnut nicht mehr wie vorgesehen greift und weniger belastbar ist.
Die Abmessungen von Lagerringen werden aufgrund des Materialverbrauchs bei der Herstellung, aufgrund ihres Gewichts und aufgrund möglichst geringer Einbaumaße möglichst gering gehalten. Maßgebliche Kriterien für die Auslegung eines Lagerrings sind die Werte der ertragbaren Spannungen aus den Lagerbelastungen, deren Zonen sich radial und axial in dem Material des betreffenden Lagerings abbilden und ungestört „ausbreiten“ müssen. Zusätzliche Elemente wie die Umfangsnuten müssen außerhalb der Zonen eingebracht werden, um Spannungsspitzen bzw. Kerbspannungen zu vermeiden. Deshalb muss bei der Auslegung der Lagerringe ein Materialzuschlag für die Umfangsnuten berücksichtigt werden, der die Lagerringe größer und schwerer macht. Die radiale Höhe von Umfangsnuten wird deshalb so gering wie möglich gehalten. Der Sitz eines Lagerrings an der Trägerplatte über den Eingriff des Flanschabschnitts in die Umfangsnut muss jedoch fest und sicher sein.
Aus den zuvor genannten Gründen resultiert, dass in den bisher bekannten Anordnungen die beiden sich an dem Spalt gegenüberliegenden Enden der Trägerplatte zunächst gegeneinander gepresst werden um die plastischen Verformungen zu kompensieren und dann durch Formschlusselemente miteinander unlösbar verbunden werden. Das setzt aber zugleich außerdem auch voraus, dass das Material der Trägerplatte zwecks guter Verformbarkeit der Formschlusselemente weich sein muss.
Eine Alternative zur formschlüssigen Verbindung ist die Schweißverbindung, mit der der Schlitz an dem ansonsten fertig montierten Lagerträger stoffschlüssig verschlossen wird. Aus Kosten- und verfahrenstechnischen Gründen wird wegen guter Schweißbarkeit kohlenstoffarmer und nicht legierter Stahl verwendet. Die aus der weichen Trägerplatte resultierenden und zuvor genannten Probleme beim Zusammenbau des Lagerträgers können also auch in einem derartigen Fall präsent sein. Außerdem kann der Wärmeeintrag in die Trägerplatte durch das Schweißen zu ungewollten Verformungen an der Trägerplatte führen und außerdem noch die für den Einsatz eines Wälzlagers notwendige Härte- und Gefügestruktur negativ beeinflussen bzw. aufheben. Darüber hinaus muss der Lagerring bzw. müssen die Laufbahnen der Lagerringe beim Schweißen gut abgedeckt sein, damit diese nicht durch Schweißspritzer beschädigt werden.
Die vorgenannten Nachteile werden mit dem erfindungsgemäßen Lagerträger vermieden. Die sich an dem Spalt einander gegenüberliegenden Enden müssen nicht miteinander verbunden werden. Der Aufwand und die Kosten, die zur Herstellung einer Formschluss- bzw. Stoffschlussverbindung bisher entstanden, entfallen. Dadurch, dass das Material weder für die Formschlussverbindung weich noch für die Schweißverbindung kohlenstoffarm sein muss, kann die Trägerplatte vor dem Zusammensetzen des Lagerträgers gehärtet werden und sein. Das hat den Vorteil, dass die Trägerplatte generell widerstandsfähiger und formstabiler ist. Durch die Wärmebehandlung kann die Trägerplatte grundsätzlich mit Eigenspannungen versehen werden, welche der Trägerplatte federelastische Eigenschaften verleihen. Dadurch werden plastische Verformungen vermieden. Die Trägerplatte schnappt nach Entfall der Spreizkräfte sicher in die Umfangsnut ein und nimmt ihre ursprüngliche Form wieder passgenau ein. Ein sicherer Halt ist gewährleistet.
Durch eine abschnittsweise teilweise oder eine vollständige Härtung kann ganz gezielt die Eigenspannung in die Trägerplatte eingebracht werden. Grundsätzlich kann die Trägerplatte vorzugsweise ganz oder abschnittsweise oberflächengehärtet, aber auch vollständig durchgehärtet sein. Durch das Härten ist nun nicht mehr ein weicher Flanschabschnitt über einen harten Ring zu ziehen, sondern eine gehärtete Trägerplatte wird über den ebenfalls gehärteten Lagerring geschoben. Dabei entsteht lediglich eine elastische Verformung an der Trägerplatte und die sonst bei einer weichen Trägerplatte auftretenden teil-plastischen Verformungen werden vermieden. Die Formstabilität durch Härtung bzw. das Härten verhindert auch ein Rausspringen der Trägerplatte aus der Umfangsnut.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz in Radialrichtung vom Montageloch bis zur Außenmantelfläche der Trägerplatte verläuft, also radial vollständig durchgängig geschlitzt ist. Auf diese Weise können zu feine und enge Toleranzen vermieden werden, da die Elastizität der Trägerplatte so eingestellt ist, dass diese nach dem Aufspreizen und erfolgter Montage formgenau in der Umfangsnut sitzt und ihre ursprüngliche Kontur nicht verändert hat.
Die Erfindung kennzeichnet also eine Trägerplatte, die einmal umfangsseitig geschlitzt ist und auch im Betrieb so verbleibt. Der Schlitz wird auch nicht verschweißt oder formschlüssig überbrückt. Die umfängliche bzw. tangentiale Schlitzbreite ist kleiner als die Blechdicke des Blechs, bspw. 3 mm ±0,08 mm. Aus einer Abstandsdifferenz H ergibt sich eine Dehnungsbreite des Schlitzes DB (d. h. tangential zum Umfang des Bordes außen (abhängig von D2) des Schlitzes von 0 auf „maximal notwendig“ soll mindestens so groß sein, wie die Differenz der Umfänge aus D2 (d.h. Durchmesser des Bordes außen) - D1 (d.h. Durchmesser der Nut am Nutgrund gemessen)). Der Umfang im Bereich des Bordes ist somit π · D2, wohingegen der Umfang im Bereich des Nutgrundes = π · D1 ist. U2 - U1 ist somit DB. DB ist die Schlitz- bzw. Dehnungsbreite. Die Differenz zwischen D2 - D1 entspricht minimal dem Zweifachen der Bordhöhe H eines Bordes, der die Umfangsnut seitlich begrenzt. Mit anderen Worten: Die Breite des Schlitzes ist gleich oder größer als der Zahlenwert Null aber vorzugsweise nicht größer als eine Durchmesserdifferenz, die sich aus dem Durchmesser eines Bordes außen ergibt, der die Umfangsnut begrenzt und aus einem Durchmesser, den die Umfangsnut am Nutgrund aufweist. Dadurch kann die Breite des Schlitzes einerseits am fertigen Lagerträger gegen Null gehalten werden, so dass ein maximaler Zusammenhalt der Trägerplatte und des Lagerrings gewährleistet ist und andererseits die Trägerplatte nur soweit aufgespreizt werden muss, dass Montageöffnung axial nur knapp über den Bord rutscht oder schnappt. Durch letzteres kann können die in der Trägerplatte beim Aufspreizen wirkenden Spannungen so gering gehalten werden, dass diese sich nur elastisch aber nicht plastisch verformt.
Ferner ist es für die Montage von Vorteil, wenn der Verlauf der den Schlitz ausformenden Flanken zur Außenkontur der Trägerplatte und damit zum Ende des Schlitzes hin durch einen nach radial außen größer werdenden Winkel α definiert ist. Ein Aufspreizen kann dann schnell und kostengünstig mit einem Spreizkeil erfolgen. Auch kann dann ein Wiederverschließen des Schlitzes unterbleiben, ohne dass die Stabilität des Bauteils vermindert wird.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Trägerplatte im Nutgrund anliegt. Dies verhindert z.B. Ungenauigkeiten durch Mittenversatz des Lagers im Einbau, Geräuschbildung (Klappern), Passungsrost und Verschleiß durch Mikrobewegungen des Lagerrings in der Trägerplatte.
In die Trägerplatte sind gezielt durch Härten solche Eigenspannungen eingebracht, dass ein Aufspreizen der Trägerplatte, Überschieben über den Bord, Einsetzen in die Umfangsnut und elastisches Zurückfedern der Trägerplatte in ihre Betriebsposition ohne bleibende Formänderung an der Trägerplatte ermöglicht ist. Die Montage wird schneller, leichter und der Sitz präziser als beim bisher bekannten Stand der Technik.
Die Blechdicke der Trägerplatte liegt vorzugsweise zwischen 1 mm bis 5 wie z.B. 2 mm ±1,0 mm. Damit ist die Formbarkeit des Blechs bei der Herstellung der Trägerplatte genauso gewährleistet wie deren Stabilität.
Die Erfindung betrifft letztlich auch ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Lagerträgers, bei dem die durch Stanzen und/oder Prägen, alternativ Ziehen und/oder Biegen hergestellte Trägerplatte vor dem Zusammenbau mit dem Lagerring erst einer Wärmebehandlung unterzogen und dabei zumindest an der Oberfläche des Blechs gehärtet wird. Auf spangebende Herstellung kann verzichtet werden. Toleranzen können niedrig gehalten werden. Nach dem Härten werden die Trägerplatte und der Lagerring zusammengesetzt.
Das Material der Trägerplatte ist durch eine Wärmebehandlung nach dem Stanzen und Prägen der Platte gehärtet und weist ein Widerstandsmoment gegen Aufbiegen in der Radialebene auf, welches im Rahmen eines Aufbiegens um mindestens die Dehnungsbreite ein elastisches Zurückfedern und Einschnappen in die Umfangsnut ohne teil-plastische Verformung der Trägerplatte zulässt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Frontalansicht auf eines Lagerträgers 1,
2 einen Längsschnitt durch den Lagerträger 1 entlang der Linie II aus 1,
3 eine nicht maßstäbliche Vergrößerung eines Details III aus 2,
4 eine perspektivische Darstellung des Lagerträgers 1,
5 einen Längsschnitt durch den Lagerträger entlang der Linie V aus 1,
6 eine nicht maßstäbliche und vergrößerte Darstellung des Details VI aus 5 und
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lagerträgers 1, bei dem die Kontur des Schlitzes 13 von der mit 1 gezeigten abweicht.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
1 und 7 - Es ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerträgers 1 dargestellt. Der Lagerträger 1 weist eine Trägerplatte 4 und einen Lagerring 2 eines Wälzlagers auf. Der Lagerring 2 ist ein Lageraußenring. Der Lagerring 2 greift in ein Montageloch 3, das in dem Flanschabschnitt 5 an der Trägerplatte 4 ausgebildet ist (siehe insbesondere 5). Der Flanschabschnitt 5 ist ein integraler Bestandteil der Trägerplatte 4. Er kann aber auch kraft- / stoff- / formschlüssig daran befestigt sein. Das Besondere an der Erfindung ist auch das Vorhalten eines Schlitzes 13 im gespreizten Zustand mit einer Schlitzbreite 14. An dem Schlitz 13 liegen sich die Enden 18 und 19 umfangsseitig um die Lagerachse 16 einander gegenüber, ohne dass diese miteinander verbunden sind. Die Schlitzbreite 14 ist mindestens DB, aber kleiner als die in 5 mit dem Bezugszeichen 15 referenzierte Blechdicke der Trägerplatte 4. In 7 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der jene den Schlitz 13 ausformenden Flanken an den freien Enden zumindest abschnittsweise einen nach radial außen größer werdenden Winkel α definieren, um während der Montage einen nicht abgebildeten Spreizkeil aufzunehmen.
2 und 3 - Der Lagerring 2 ist mit einer Umfangsnut 6 mit einem Nutgrund 7 versehen, die stirnseitig von einem Bord 8 begrenzt ist.
3 - Der Durchmesser im Nutgrund ist mit dem Bezugszeichen 9 referenziert und beträgt dort D₁. Der Durchmesser im Bereich des Bordes 8 ist mit dem Bezugszeichen 10 referenziert und beträgt D₂. Die Bordhöhe H des Bordes 8 ist mit dem Bezugszeichen 11 referenziert.
U2 = π · D2; U₁ = π · D₁; wobei die Dehnungsbreite D_B = U₂ -U₁.
Der in 3 dargestellte Flanschabschnitt 5 der Trägerplatte 4 ist gehärtet, genauso wie vorzugsweise die gesamte Trägerplatte 4.
1 und 4 - Die Trägerplatte 4 ist mit drei Befestigungsöffnungen 12 versehen, die um 120° zueinander auf demselben Teilkreis versetzt liegen. Diese sind Durchgangsöffnungen, zur Aufnahme von Schrauben oder Nieten.
5 und 6 - Es ist ersichtlich, dass die Trägerplatte 4 ein Biege/ Präge / Stanzteil ist, wobei die mit den Befestigungsöffnungen 12 gezogen bzw. durchgestellt sind.
Das Montageloch 3 weist einen Innendurchmesser 20 auf.
Bezugszeichenliste

1: Lagerträger
2: Lagerring
3: Montageloch
4: Trägerplatte
5: Flanschabschnitt
6: Umfangsnut
7: Nutgrund
8: Bord
9: D₁; Durchmesser des Lagerrings im Bereich des Nutgrundes
10: D₂; Durchmesser des Lagerrings im Bereich des Bordes
11: H; Bordhöhe
12: Befestigungsöffnung
13: Schlitz
14: D_B; Schlitzbreite
15: Blechdicke
16: Lagerachse
17: Außenkante
18: Ende
19: Ende
20: Durchmesser der Montagebohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2622238 B1 [0002]
KR 101443511 B1 [0003]
DE 29916349 U1 [0004]

Claims

Lagerträger (1) mit einem Lagerring (2) und einer Trägerplatte (4), wobei der Lagerring (2) außen eine umfangsseitig um eine axial ausgerichtete Lagerachse (16) umlaufende Umfangsnut (6) aufweist, und wobei der Lagerring (2) in einem Montageloch (3) der Trägerplatte (4) sitzt und dabei ein Flanschabschnitt (5) der Trägerplatte (4) in die Umfangsnut (6) radial eingreift, wobei die Trägerplatte (4) einen Schlitz (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (13) die Trägerplatte (4) und den Flanschabschnitt (5) umfangsseitig verbleibend unterbricht und Trägerplatte (4) gehärtet ist.
Lagerträger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (13) radial, d.h. quer zur Lagerachse (16), vom Montageloch (3) aus durchgängig bis zur Außenkante (17) der Trägerplatte (4) ununterbrochen verläuft, sodass sich am Schlitz (13) zwei freie und nicht miteinander verbundene Enden (18, 19) der Trägerplatte (4) einander gegenüberliegen.
Lagerträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden (18, 19) zumindest partiell an dem Schlitz (13) aneinander liegen aber nicht miteinander verbunden sind.
Lagerträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innen umfangsseitig durch das Montageloch (3) begrenzte Flanschabschnitt (5) in einem Ausgangszustand einen Innendurchmesser (20) des Montagelochs (3) aufweist, wobei der Innendurchmesser (20) kleiner als ein erster Durchmesser (10) des Außenrings sowie größer oder gleich einem zweiten Durchmesser (10) des Außenrings ist, und wobei der erste Durchmesser (10) der Außendurchmesser eines die Umfangsnut (6) in eine axiale Richtung stirnseitig begrenzenden Bords (8) und der zweite Durchmesser (9) ein außen am Lagerring (2) aber in der Umfangsnut (6) am Nutgrund (7) der Umfangsnut (6) gemessener Durchmesser ist.
Lagerträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (5) durch Eigenspannungen ihres Materials federelastisch quer zur Lagerachse (16) in einen aufgespreizten Zustand aufspreizbar und aus dem aufgespreizten Zustand in den Ausgangszustand eigenständig elastisch einfedernd ausgebildet ist, wobei der Innendurchmesser (20) des Montagelochs (3) in dem aufgespreizten Zustand mindestens dem ersten Durchmesser (10) des Bordes (8) entspricht.
Lagerträger (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4) aus Blech ist und eine größte umfängliche Schlitzbreite (14) des Schlitzes (13) zumindest im aufgespreizten Zustand kleiner ist, als die Blechdicke (15) Blechs der Trägerplatte (4).
Lagerträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Schlitz (13) ausformenden Flanken an den freien Enden (18, 19) zumindest abschnittsweise einen nach radial außen größer werdenden Winkel (α) definieren.
Lagerträger (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (5) in der Umfangsnut (6) am Nutgrund (7) anliegt.
Lagerträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4) oberflächengehärtet, durchgehärtet, einsatzgehärtet, nitriert oder karbonitriert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Langerträgers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (4) durch Stanzen und Prägen hergestellt und anschließend mittels einer Wärmebehandlung gehärtet sowie erst nach der Wärmebehandlung auf den Lagerring (2) montiert wird.