-
Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung aufweisend ein Lager und Maschinenelement, in dem ein Außenring des Lagers radial und axial festlegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Montageverfahren zur Montage einer Lageranordnung sowie ein Demontageverfahren zur Demontage einer Lageranordnung.
-
Lageranordnungen mit einem Lager und einem Maschinenelement, in dem ein Außenring des Lagers radial und axial festlegbar ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
-
Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2004 054 457 B3 eine Lageranordnung, die mindestens ein Lager aufweist, das einen Innenring und einen Außenring hat, wobei der Außenring des Lagers in einem Gehäuse radial und axial festlegbar ist und wobei die eine Stirnseite des Außenrings durch einen sich radial nach innen über den Durchmesser der zur Aufnahme des Außenrings dienenden Bohrung des Gehäuses hinaus erstreckenden flanschartigen Vorsprung oder einen Flansch zumindest teilweise umgriffen und dadurch axial festgelegt wird, wobei in dem Gehäuse ein relativ zum Gehäuse in Lagerachsrichtung verschiebliches Druckstück angeordnet ist, das mit einem Sperrelement so in Wirkverbindung steht, dass bei der Verschiebung des Druckstücks in Lagerachsrichtung eine radial innen liegende Endfläche des Sperrelements ihre Abmessung in radialer Richtung verringert, wobei das Sperrelement als an einer Umfangsstelle unterbrochener federelastischer Ring ausgebildet ist, wobei der Ring an seiner radial außen liegenden Oberfläche im Radialschnitt konisch ausgebildet ist und mit einer entsprechend im Radialschnitt konisch ausgebildeten radial innen liegenden Oberfläche des Druckstücks zusammenwirkt und wobei das Druckstück ringförmig ausgebildet ist.
-
Als weiteres Beispiel beschreibt die
DE 10 2017 126 999 A1 eine Lageranordnung, umfassend ein Lager mit einem Innenring und einem Außenring, sowie ein über das Lager drehzulagerndes Bauteil umfassend einen Axialflansch, der am Außenring festgelegt und axial gesichert ist, und einen sich vom Axialflansch nach außen erstreckenden Radialflansch, wobei an beiden Enden des Axialflansches der Axialsicherung dienende Sicherungsmittel vorgesehen sind, wobei als Sicherungsmittel am einen Ende mehrere aus dem Radialflansch ausgeschnittene Laschen vorgesehen sind, die durch Umformung in Verlängerung des Axialflansches ausgebogen sind und den Außenring umgreifen.
-
Die bekannten Lageranordnungen haben jedoch einen hohen Bauraumbedarf, was ein großer Nachteil dieser bekannten Lageranordnungen ist.
-
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine verbesserte Lageranordnung vorzuschlagen, die insbesondere einen geringeren Bauraumbedarf aufweist und gleichzeitig kostengünstig herzustellen ist sowie eine einfache Montage und Demontage der Lageranordnung ermöglicht.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
-
Vorgeschlagen wird eine Lageranordnung aufweisend ein Lager und ein Maschinenelement, in dem ein Außenring des Lagers radial und axial festlegbar ist. Eine solche Lageranordnung kann beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
-
Beim Lager handelt es sich insbesondere um ein Wälzlager, beispielsweise um ein Rillenkugellager. Das Lager umfasst dabei den Außenring und einen Innenring, wobei der Außenring und der Innenring gegeneinander drehbar sind. Zwischen dem Innenring und dem Außenring sind vorzugsweise rollende Körper angeordnet, die den Reibungswiderstand zwischen dem Innenring und dem Außenring verringern. Der Außenring weist zudem eine zumindest abschnittsweise zylinderförmige Kontur auf.
-
Bei dem Maschinenelement kann es sich um ein drehendes Bauteil handeln, beispielsweise um ein Teil eines Getriebes. Der Innenring des Lagers kann dabei mit einem rotationsfesten Gehäuseteil oder mit einer ebenfalls rotierenden Welle verbunden sein. Alternativ hierzu kann es sich bei dem Maschinenelement auch um ein rotationsfestes Bauteil, beispielsweise ein Gehäuse, handeln. In diesem Fall ist der Innenring des Lagers mit einer rotierbaren Welle verbunden.
-
Das Maschinenelement weist eine zylinderförmige Aussparung zur Aufnahme des Lagers auf. Die Dimensionen der zylinderförmigen Aussparung entsprechen dabei den Dimensionen der zylinderförmigen Kontur des Außenrings des Lagers. Wenn sich das Lager in der zylinderförmigen Aussparung befindet, ist es somit radial fixiert.
-
Die zylinderförmige Aussparung weist eine erste Stirnseite und eine zweite Stirnseite auf, die axial gegenüberliegend voneinander angeordnet sind. An der ersten Stirnseite der zylinderförmigen Aussparung ist dabei ein Begrenzungselement angeordnet, das die zylinderförmige Aussparung an der ersten Stirnseite axial begrenzt. Das Begrenzungselement muss dabei nicht die gesamte Stirnseite begrenzen, es ist vielmehr ausreichend, wenn das Begrenzungselement derart einen Teil der ersten Stirnseite begrenzt, dass der Außenring des Lagers in Richtung der ersten Stirnseite axial fixiert ist. Der Außenring des Lagers ist dann immer noch in Richtung der zweiten Stirnseite axial beweglich.
-
An die zweite Stirnseite der zylinderförmigen Aussparung angrenzend ist eine Sprengringnut angeordnet. Zumindest teilweise innerhalb dieser Sprengringnut befindet sich ein Sprengring. Dieser Sprengring ist dabei zwischen einem Ruhezustand und einem komprimierten Zustand verformbar. Die Verformbarkeit ist dabei elastisch und reversibel. Ohne äußere Krafteinwirkung befindet sich dabei der Sprengring im Ruhezustand. Dieser Ruhezustand kann ein vollständig ungespannter, aber auch ein schon teilweise vorgespannter Zustand sein.
-
Mit der Sprengringnut verbunden sind Arbeitsöffnungen, über die der Sprengring von außen verformt werden kann. Diese Arbeitsöffnungen sind beispielsweise Bohrungen im Maschinenelement in axialer Richtung.
-
Des Weiteren umfasst das Maschinenelement ein zwischen einem Montagezustand und einem Sicherungszustand zumindest teilweise elastisch verformbares Sicherungselement. Der ungespannte Zustand des Sicherungselements ist dabei der Sicherungszustand. Vom Sicherungszustand wird das Sicherungselement durch Krafteinwirkung in den Montagezustand verformt. Wenn diese Kraft nicht mehr wirkt, kehrt das Sicherungselement selbstständig in den Sicherungszustand zurück.
-
Ein Innendurchmesser des Sprengrings im Ruhezustand ist größer oder gleich einem Außendurchmesser des Außenrings des Lagers. Somit kann das Lager von außen am Sprengring vorbei in die zylinderförmige Aussparung eingeführt werden. Der Innendurchmesser des Sprengrings im komprimierten Zustand ist jedoch kleiner als der Außendurchmesser des Außenrings des Lagers ist, so dass der Außenring des Lagers im komprimierten Zustand des Sprengrings axial fixiert ist. Im komprimierten Zustand des Sprengrings ist also der Außenring des Lagers sowohl radial als auch axial fixiert.
-
Das Sicherungselement ist dabei derart ausgebildet, dass es im Ruhezustand des Sprengrings vom Sprengring im Montagezustand gehalten wird. In seinem Ruhezustand übt der Sprengring also eine Kraft auf das Sicherungselement aus, die das Sicherungselement im Montagezustand hält. Wird der Sprengring dann in den komprimierten Zustand verformt, kommt der Sprengring außer Kontakt mit dem Sicherungselement, so dass der Sprengring keine Kraft mehr auf das Sicherungselement ausübt und sich damit das Sicherungselement in den Sicherungszustand verformt. Im Sicherungszustand ist das Sicherungselement dabei derart ausgebildet, dass es ein Zurückkehren des Sprengrings in den Ruhezustand durch Formschluss verhindert.
-
Der bauliche Aufwand für die axiale Fixierung des Außenrings beschränkt sich dabei auf die Sprengringnut und das Sicherungselement. Der Bauraumbedarf der Lageranordnung ist also besonders gering. Des Weiteren ist eine derartige Lageranordnung kostengünstig herzustellen.
-
Vorteilhafterweise umfasst das Maschinenelement ein erstes und ein zweites Maschinenteil. Das erste Maschinenteil ist dabei mit dem zweiten Maschinenteil verbunden, insbesondere vernietet und/oder verschweißt. Des Weiteren ist die Sprengringnut als eine zwischen dem ersten Maschinenteil und dem zweiten Maschinenteil gebaute Nut ausgebildet. So weist beispielsweise das erste Maschinenteil eine seitlich offene Nut auf und das zweite Maschinenteil eine Schulter der Nut. Werden nun die beiden Maschinenteile miteinander verbunden, ergibt sich die vollständige Sprengringnut. Eine seitlich offene Nut ist dabei besonders einfach herzustellen, beispielsweise durch Stanzen oder Bohren, so dass ein aufwendiges Fräsen einer inneren Nut entfällt.
-
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das erste Maschinenteil eine Eingangswelle und das zweite Maschinenteil ein Lamellenträger. Da die Eingangswelle und der Lamellenträger sowieso miteinander verbunden werden, ist das Einbringen einer seitlichen Nut, insbesondere in die Eingangswelle, lediglich eine geringe Modifikation des Herstellungsprozesses.
-
Von Vorteil ist es, wenn der Sprengring an seiner Innenseite Vorsprünge zum axialen Fixieren des Außenrings des Lagers umfasst. Beim Komprimieren des Sprengrings greifen diese Vorsprünge gleichmäßig nach innen und erwirken so eine besonders symmetrische axiale Fixierung des Außenrings.
-
Vorteilhaft ist es, wenn der Außenring des Lagers eine umlaufende Fixiernut zur Aufnahme der Vorsprünge des Sprengrings aufweist. Wenn der Sprengring in seinem komprimierten Zustand ist, greifen also die Vorsprünge in die Fixiernut ein und fixieren den Außenring axial in beide Richtungen.
-
Vorteilhafterweise umfasst das Maschinenelement eine, insbesondere zwischen dem ersten Maschinenteil und dem zweiten Maschinenteil gebaute, Sicherungsnut zur Aufnahme des Sicherungselements. Hierzu umfasst vorzugsweise das zweite Maschinenteil eine seitliche Nut und das erste Maschinenteil bildet die Schulter der Nut. So lässt sich die Sicherungsnut kostengünstig und einfach, beispielsweise durch Stanzen oder Bohren, herstellen.
-
Von Vorteil ist es, wenn das Sicherungselement aus Federstahl besteht. Federstahl bietet dabei sehr gut elastische Eigenschaften, so dass die Verformung des Sicherungselements reversibel ist. Des Weiteren ist Federstahl auch stark genug, um ein Zurückkehren des Sprengrings in seinen Ruhezustand zu verhindern.
-
Vorteilhaft ist es, wenn das Sicherungselement einen ringförmigen Grundkörper und federnd am Grundkörper angestellte Zungen umfasst. Die Zungen sind dabei derart ausgebildet, dass sie im ungespannten Zustand, also im Sicherungszustand, aus der Ebene des Grundkörpers herausstehen. Im Montagezustand hingegen sind die Zungen eingedrückt, so dass sie sich weitgehend in einer Ebene mit dem Grundkörper befinden. Ein solches Sicherungselement ist besonders platzsparend.
-
Von Vorteil ist es dabei, wenn die Anzahl an Arbeitsöffnungen größer als die Anzahl der Zungen, insbesondere doppelt so groß wie die Anzahl der Zungen, ist. Dabei sind die Zungen derart angeordnet, dass sich hinter jeweils einer Arbeitsöffnung eine Zunge befindet. Durch die Arbeitsöffnungen, hinter denen sich keine Zunge befindet, kann der Sprengring in den komprimierten Zustand verformt werden, während es möglich ist, durch die Arbeitsöffnungen, hinter denen sich die Zungen befinden, zu kontrollieren, ob sich die Zungen in den Sicherungszustand verformt haben. Des Weiteren ist es dann möglich, durch die Arbeitsöffnungen, hinter denen sich die Zungen befinden, die Zungen des Sicherungselements wieder in den Montagezustand zu verformen, woraufhin sich der Sprengring in den Ruhezustand verformen wird und den Außenring des Lagers freigibt, so dass die Lageranordnung demontiert werden kann.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform greifen dabei die Zungen immer zwischen zwei Nieten der Nietverbindung zwischen dem ersten Maschinenteil und dem zweiten Maschinenteil.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn das Sicherungselement eine Wellenfeder oder eine Tellerfeder ist. Wellenfedern und Tellerfedern sind dabei besonders günstig in der Herstellung. Im Montagezustand wird dabei die Wellenfeder bzw. Tellerfeder vom im Ruhezustand befindlichen Sprengring zusammengedrückt. Wird der Sprengring dann komprimiert, kommt er außer Kontakt mit der Wellenfeder bzw. Tellerfeder und die Wellenfeder bzw. Tellerfeder springt auf. In dem dadurch erreichten Sicherungszustand verhindert die Wellenfeder bzw. Tellerfeder dann ein Zurückkehren des Sprengrings in den Ruhezustand.
-
Ferner wird ein Montageverfahren zur Montage einer Lageranordnung gemäß der vorangegangenen Beschreibung vorgeschlagen. Anfangs befinden sich dabei der Sprengring im Ruhezustand und das Sicherungselement im Montagezustand. Da der Sprengring das Sicherungselement im Montagezustand hält, ist hierzu keine Krafteinwirkung notwendig. Das Lager wird sodann in die zylinderförmige Aussparung eingeführt, wobei die Durchmesser der zylinderförmigen Aussparung sowie des Sprengrings derart ausgeführt sind, dass das Einführen des Lagers in die zylinderförmige Aussparung problemlos erfolgen kann. Anschließend wird der Sprengring, insbesondere über die Arbeitsöffnungen in den komprimierten Zustand verformt, so dass der Sprengring das Lager axial fixiert. Durch diese Verformung des Sprengrings in den komprimierten Zustand gerät der Sprengring außer Kontakt mit dem Sicherungselement, woraufhin sich das Sicherungselement in den Sicherungszustand verformt und damit ein Zurückkehren des Sprengrings in den Ruhezustand verhindert. Die Montage der Lageranordnung lässt sich also besonders einfach durchführen und kann auch automatisiert durchgeführt werden.
-
Vorteilhafterweise wird der Sprengring über in zumindest einige der Arbeitsöffnungen eingebrachte konische Stifte vom Ruhezustand in den komprimierten Zustand verformt. Der Sprengring, die Arbeitsöffnungen und die konischen Stifte sind also derart angeordnet und ausgebildet, dass durch Einführen der konischen Stifte die Verformung des Sprengrings in den komprimierten Zustand erfolgt.
-
Von Vorteil ist es auch, wenn in zumindest einige der Arbeitsöffnungen Werkzeuge eingebracht werden und bei Betätigung dieser Werkzeuge der Sprengring vom Ruhezustand in den komprimierten Zustand verformt wird. Die Werkzeuge umfassen dabei aktive Element, die bei Betätigung den Sprengring axial nach innen drücken.
-
Vorteilhaft ist es, wenn über die freien Arbeitsöffnungen geprüft wird, ob sich das Sicherungselement im Sicherungszustand befindet. Zum einen kann das Verformen des Sprengrings beendet werden, wenn sich das Sicherungselement im Sicherungszustand befindet. Zum anderen ist das Kontrollieren, ob sich das Sicherungselement im Sicherungszustand befindet, eine Qualitätssicherung bei der Montage der Lageranordnung.
-
Des Weiteren wird ein Demontageverfahren zur Demontage einer Lageranordnung gemäß der vorangegangenen Beschreibung vorgeschlagen. Anfangs befinden sich dabei der Sprengring im komprimierten Zustand und das Sicherungselement im Sicherungszustand. Durch den Sprengring im komprimierten Zustand ist der Außenring des Lagers axial im Maschinenelement fixiert. Zur Demontage der Lageranordnung wird das Sicherungselement, insbesondere über die Arbeitsöffnungen, in den Montagezustand verformt. Dabei werden beispielsweise die Zungen des Sicherungselements zurückgeschoben oder die Wellenfeder bzw. Tellerfeder plattgedrückt. Wenn sich das Sicherungselement im Montagezustand befindet, fehlt der den Sprengring im komprimierten Zustand haltende Formschluss, so dass sich der Sprengring in den Ruhezustand verformt. Daraufhin wird das Lager, das nun nicht mehr axial fixiert ist, aus der zylinderförmigen Aussparung entfernt. Auch die Demontage der Lageranordnung lässt sich also sehr einfach durchführen und kann ebenfalls automatisiert durchgeführt werden. Insbesondere erfolgt die Demontage der Lageranordnung zerstörungsfrei, so dass die Lageranordnung später wieder montiert werden kann.
-
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
- 1a einen Längsschnitt durch eine Lageranordnung bei der Montage,
- 1b eine Detailansicht aus 1a,
- 1c eine isometrische Ansicht der Lageranordnung aus 1a,
- 1d eine Detailansicht aus 1c,
- 2a einen Längsschnitt durch eine montierte Lageranordnung,
- 2b eine Detailansicht aus 2a,
- 2c eine isometrische Ansicht der Lageranordnung aus 2a,
- 2d eine Detailansicht aus 2c,
- 3a einen Längsschnitt durch ein Sicherungselement,
- 3b eine Draufsicht auf das Sicherungselement aus 3a und
- 4 einen Längsschnitt durch einen Außenring mit einem Sprengring.
-
1 a bis 1d zeigen eine Lageranordnung 1 bei der Montage. Die Lageranordnung umfasst dabei ein Maschinenelement 2 und ein als Rillenkugellager ausgebildetes Lager 3. Das Lager 3 umfasst dabei einen Außenring 4, einen Innenring 5 sowie rollende Körper 6, die zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 4 angeordnet sind. Das Lager 3 ist dabei in einer zylinderförmigen Aussparung 7 des Maschinenelements 2 angeordnet und somit radial fixiert.
-
Die zylinderförmige Aussparung 7 des Maschinenelements 2 ist axial von einer ersten Stirnseite 8 und einer ihr gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 9 begrenzt. An der ersten Stirnseite 8 wird die zylinderförmige Aussparung 7 von einem Begrenzungselement 10 des Maschinenelements 2 begrenzt. Dadurch ist das Lager 3 in Richtung der ersten Stirnseite 8 axial fixiert.
-
Das Maschinenelement 2 selbst umfasst ein erstes Maschinenteil 11 und ein zweites Maschinenteil 12, wobei das erste Maschinenteil 11 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Eingangswelle und das zweite Maschinenteil 12 als Lamellenträger ausgebildet sind. Das erste Maschinenteil 11 und das zweite Maschinenteil 12 sind dabei durch Nieten 13 miteinander verbunden. Es sind aber auch andere Verbindungen, beispielsweise durch Schweißen, denkbar.
-
Ferner weist das Maschinenelement 2 eine Sprengringnut 14 auf. Die Sprengringnut 14 ist dabei als gebaute Nut ausgebildet, wobei eine seitliche Nut im ersten Maschinenteil 11 angeordnet ist und das zweite Maschinenteil 12 die Schulter der Sprengringnut 14 bildet.
-
In der Sprengringnut 14 ist ein Sprengring 15 angeordnet. In 1a - 1d befindet sich der Sprengring 15 dabei in seinem Ruhezustand. Im Ruhezustand ist ein Innendurchmesser des Sprengrings 15 dabei größer oder gleich einem Außendurchmesser des Außenrings 4 des Lagers 3. Somit kann das Lager 3 problemlos von außen in die zylinderförmige Aussparung 7 eingeführt werden.
-
Des Weiteren umfasst das Maschinenelement 2 ein Sicherungselement 16. Das Sicherungselement 16 umfasst dabei einen ringförmigen Grundkörper 17 sowie federnd an diesem Grundkörper 17 angestellte Zungen 18. Das Sicherungselement 16 ist dabei vorzugsweise aus Federstahl hergestellt. Es befindet sich in einer Sicherungsnut 19, die wiederum als gebaute Nut zwischen dem ersten Maschinenteil 11 und dem zweiten Maschinenteil 12 ausgebildet ist. Dabei ist die seitliche Nut im zweiten Maschinenteil 12 ausgebildet und das erste Maschinenteil 11 bildet die Schulter der Nut.
-
In 1a - 1d befindet sich das Sicherungselement 16 in einem Montagezustand, wobei die Zungen 18 in einem gespannten Zustand sind.
-
Zur Montage der Lageranordnung 1 können durch Arbeitsöffnungen 20 im Maschinenelement 2 konische Stifte eingeführt werden. Diese konischen Stifte 2 drücken den Sprengring 15 radial nach innen. Dadurch werden hier nicht erkennbare Vorsprünge 21 des Sprengrings 15 so weit nach innen gedrückt, dass sie durch Formschluss den Außenring 4 des Lagers 3 im Maschinenelement 2 axial fixieren. Dieser Zustand ist in 2a - 2d dargestellt.
-
Durch das Verformen des Sprengrings 15 vom Ruhezustand in den komprimierten Zustand werden auch die Zungen 18 des Sicherungselements 16 freigegeben und können sich vom Montagezustand in den Sicherungszustand nach außen verformen. Die so verformten Zungen 18 des Sicherungselements 16 verhindern dabei durch Formschluss, dass sich der Sprengring 15 vom komprimierten Zustand wieder in den Ruhezustand verformt. Durch freie Arbeitsöffnungen 20 kann zudem kontrolliert werden, ob sich alle Zungen 18 im Sicherungszustand befinden.
-
Um die Lageranordnung wieder zu demontieren, werden die Zungen 18 des Sicherungselements 16 wieder zurückgedrückt, so dass sich das Sicherungselement 16 wieder im Montagezustand befindet. Dann kann sich auch der Sprengring 15 wieder vom komprimierten Zustand in den Ruhezustand verformen. Die Vorsprünge 21 des Sprengrings 15 geben dann auch wieder den Außenring 4 des Lagers 3 frei, so dass das Lager 3 aus dem Maschinenelement 2 entfernt werden kann.
-
3a und 3b zeigen ein Sicherungselement 16 mit einem ringförmigen Grundkörper 17 und sieben Zungen 18. In 3a ist die Zunge 18 im Sicherungszustand des Sicherungselements 16 dargestellt.
-
Schließlich zeigt 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Außenrings 4 eines Lagers 3. Dieser Außenring 4 weist eine umlaufende Fixiernut 22 auf, in die die Vorsprünge 21 des Sprengrings 15 eingreifen. So ist der Außenring 4 durch den Formschluss mit den Vorsprüngen 21 des Sprengrings 15 in beide Richtungen axial fixiert.
-
Hier nicht gezeigt sind alternative Ausführungsbeispiele, bei denen das Sicherungselement 16 als Wellenfeder oder als Tellerfeder ausgeführt ist. Beide Fälle funktionieren äquivalent zu dem oben dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Sicherungselement 16 mit den Zungen 18.
-
Bezugszeichen
-
- 1
- Lageranordnung
- 2
- Maschinenelement
- 3
- Lager
- 4
- Außenring
- 5
- Innenring
- 6
- rollender Körper
- 7
- zylinderförmige Aussparung
- 8
- erste Stirnseite
- 9
- zweite Stirnseite
- 10
- Begrenzungselement
- 11
- erstes Maschinenteil
- 12
- zweites Maschinenteil
- 13
- Niet
- 14
- Sprengringnut
- 15
- Sprengring
- 16
- Sicherungselement
- 17
- ringförmiger Grundkörper
- 18
- Zunge
- 19
- Sicherungsnut
- 20
- Arbeitsöffnung
- 21
- Vorsprung
- 22
- Fixiernut
