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Die Erfindung geht aus von einem Lagerträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es ist ein Lagerträger bekannt, welcher ein erstes Wälzlager und ein zweites Wälzlager aufweist, die durch einen Grundkörper des Lagerträgers aus Blech miteinander verbunden sind.
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Insbesondere im Bereich des Automobilbaus und damit auch bei Lagerträgern und Gehäuseteilen in diesem Bereich spielt das Thema Leichtbau eine wichtige Rolle. Demzufolge gibt es einen Trend das Gewicht der Einzelkomponenten in den Fahrzeugen zu reduzieren. Dies kann z.B. durch Materialänderungen erfolgen, wobei aber gewährleistet werden muss, dass technischen Merkmale, wie z.B. benötigte Festigkeiten und Temperaturbeständigkeit weiterhin erfüllt werden. Bei den heutigen Lagerträgern/Gehäusedeckeln werden meist Aluminiumguss, Stahlguss, Blechkonstruktionen oder massive Stahlplatten als Trägerbasis für die Wälzlager eingesetzt.
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Weiterhin kann es bei Gehäusedeckeln, die in Elektromotoren zum Einsatz kommen zu Stromdurchgang kommen, die zu Schäden an den integrierten Wälzlagern führen können. Die oben genannten klassischen Materialen für die Lagerträger/Gehäusedeckel haben keine stromisolierenden Eigenschaften.
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In heutigen Anwendungen wird teilweise versucht das Gewicht der Lagerträger/Gehäusedeckel durch den Einsatz gegossener Teile aus Magnesium zu reduzieren. Die Verarbeitung von Magnesiummaterial als Lagerträger/Gehäusedeckel birgt die Gefahr von Bränden in der Fertigung und muss deshalb vorsichtig durchgeführt werden. Bei den Lagerträgern für den Einsatz in Automobilgetrieben haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten gestanzte und geformte Trägerplatten durchgesetzt. Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Bauteilfestigkeiten kommen die Ausführungen aber mittlerweile an ihre Grenzen.
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Wälzlager mit Keramikwälzkörpern haben sich als effektiver Lösungsansatz gegen Stromdurchgang erwiesen. Weiterhin gibt es die Möglichkeit von keramisch beschichteten Wälzlagerringen, die aber nicht ganz so effektiv gegen Stromdurchgang sind wie keramische Wälzkörper.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, einen gattungsgemäßen Lagerträger bzw. ein gattungsgemäßes Gehäuseteil mit einer hohen Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die Erfindung geht aus von einem Lagerträger oder Gehäuseteil, mit einem ersten und wenigstens einem zweiten Bauelement und mit einem Grundkörper, welcher mit dem ersten und dem wenigstens zweiten Bauelement verbunden ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Lagerträger bzw. das Gehäuseteil zumindest ein Bauteil aufweist, welches in einem Zustand, in welchem es uneingebaut ist und mit dem Grundkörper unverbunden ist, biegeschlaff ist, und das in einem Zustand, in dem der Lagerträger beziehungsweise das Gehäuseteil vollständig hergestellt ist und das Bauteil mit dem Grundkörper verbunden ist, wenigstens eine Teilmenge von Kräften, die an dem ersten Bauelement angreifen können, von dem ersten Bauelement zumindest teilweise auf das zweite Bauelement überträgt. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann eine einfache und effektive Stromisolierung und ein geringes Gewicht erreicht werden. Insbesondere kann der Gehäuseteil ein Gehäusedeckel oder ein Teil eines Gehäusedeckels sein.
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Vorgeschlagen wird ferner ein Lagerträger oder Gehäuseteil, mit einem ersten und wenigstens einem zweiten Bauelement und mit einem Grundkörper, welcher mit dem ersten und dem wenigstens zweiten Bauelement verbunden ist, und mit zumindest einem Bauteil, das als Band und/oder Seil und/oder Roving ausgebildet ist und das wenigstens eine Teilmenge von Kräften, die an dem ersten Bauelement angreifen können, von dem ersten Bauelement zumindest teilweise auf das zweite Bauelement überträgt. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann eine einfache und effektive Stromisolierung und ein geringes Gewicht erreicht werden. Insbesondere kann der Gehäuseteil ein Gehäusedeckel oder ein Teil eines Gehäusedeckels sein.
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Ferner wird ein Lagerträger oder Gehäuseteil vorgeschlagen, mit einem ersten und wenigstens einem zweiten Bauelement und mit einem Grundkörper, welcher mit dem ersten und dem wenigstens zweiten Bauelement verbunden ist, wobei der Lagerträger beziehungsweise das Gehäuseteil zumindest ein Bauteil aufweist, das sich von dem Grundkörper unterscheidet und das in einem Zustand, in dem der Lagerträger beziehungsweise das Gehäuseteil mit anderen Baueinheiten unverbunden ist, das erste Bauelement mit dem wenigstens zweiten Bauelement zur Übertragung von Kräften verbindet. Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann eine hohe Effizienz erreicht werden. Insbesondere kann eine einfache und effektive Stromisolierung und ein geringes Gewicht erreicht werden. Insbesondere kann der Gehäuseteil ein Gehäusedeckel oder ein Teil eines Gehäusedeckels sein. Insbesondere ist das Bauteil separat von den Bauelementen ausgebildet.
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Vorzugsweise bildet das Bauteil zumindest eine Schlaufe. Dadurch kann eine einfache Kraftübertragbarkeit zwischen den beiden Bauelementen erreicht werden. Insbesondere kann das Bauteil eine in sich geschlossene, zum Beispiel ringförmige, Schlaufe und/oder eine nicht geschlossene Schlaufe, wie zum Beispiel eine Wicklung, bilden.
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Mit Vorteil umgibt die Schlaufe das erste Bauelement und das wenigstens zweite Bauelement. Hierdurch kann eine konstruktiv einfache Bauweise erzielt werden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Bauteil und/oder das erste Bauelement und/oder das wenigstens zweite Bauelement zumindest teilweise in den Grundkörper eingebettet ist. Auf diese Weise kann eine einfache Herstellbarkeit erreicht werden.
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Vorzugsweise ist das erste und/oder das wenigstens zweite Bauelement ein Außenring eines Lagers oder ein Lager oder eine Hülse.
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Mit Vorteil weist der Grundkörper Kunststoff auf, der durch Fasern verstärkt ist. Dadurch kann ein geringes Gewicht bei einer großen Steifigkeit erreicht werden. Insbesondere kann der Kunststoff ein Thermoplast oder ein Duroplast oder ein Compound aus verschiedenen Materialien sein.
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Mit Vorteil weist der Lagerträger bzw. das Gehäuseteil wenigstens ein Verstärkungselement am und/oder in dem Grundkörper auf, welches vorzugsweise aus wenigstens einem metallischen Material und/oder aus wenigstens einem Metallverbundmaterial besteht.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Bauteil zumindest teilweise metallisch ist und/oder zumindest teilweise nicht-metallisch ist und/oder zumindest teilweise aus einem Verbundmaterial besteht.
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Außerdem wird ein Getriebe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, oder Kompressor oder Elektromotor, mit dem Lagerträger oder dem Gehäuseteil vorgeschlagen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Lagerträgers,
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2 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung des Lagerträgers, wobei ein Bauteil zwei Außenringe umgibt,
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3 zeigt eine weitere Explosionsdarstellung des Lagerträgers, wobei Hülsen an einem Grundkörper des Lagerträgers befestigt sind,
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4 zeigt einen Längsschnitt durch den Lagerträger,
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5 zeigt eine erste Werkzeughälfte zur Herstellung des Lagerträgers,
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6 zeigt eine zweite Werkzeughälfte zur Herstellung des Lagerträgers,
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7 zeigt einen ersten Zustand bei einer Herstellung des Lagerträgers,
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8 zeigt einen zweiten Zustand bei einer Herstellung des Lagerträgers,
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9 zeigt einen dritten Zustand bei einer Herstellung des Lagerträgers, und
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10 zeigt einen vierten Zustand bei einer Herstellung des Lagerträgers.
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Die 1 bis 3 zeigen Explosionsdarstellungen eines erfindungsgemäßen Lagerträgers mit einem ersten und einem zweiten Bauelement 10, 12, welche jeweils als Außenringe von Lagern ausgebildet sind. Die Bauelemente weisen jeweils eine Nut 22, 24 auf, die sich jeweils in Umfangsrichtung um den jeweiligen Außenring vollständig erstrecken. Des Weiteren umfasst der Lagerträger ein Bauteil 16, das als Roving ausgebildet ist. Das Bauteil 16 weist die Form einer Schleife 18 auf. Ferner weist der Lagerträger einen Grundkörper 14 auf. Die Bauelemente sind an dem Grundkörper befestigt, und zwar dadurch, dass sie teilweise in den Grundkörper eingebettet sind. Das Bauteil 16 ist, da es ein Roving ist, in einem Zustand, in dem es nicht in den Lagerträger eingebaut ist, biegeschlaff. In einem Zustand, in dem der Lagerträger vollständig hergestellt ist, ist das Bauteil 16 in dem Grundkörper eingebettet und dadurch mit dem Grundkörper verbunden.
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Der Grundkörper weist im wesentlichen Plattenform auf. Die Bauelemente 10, 12 sind nebeneinander angeordnet. Außerdem ist eine Stirnfläche 26 des Bauelements 10 parallel zu einer Stirnfläche 30 des Grundkörpers. Ferner ist eine Stirnfläche 28 des Bauelements 12 parallel zu der Stirnfläche 30 des Grundkörpers. Die Stirnflächen 26 und 28 liegen in derselben, ersten Ebene. Des Weiteren liegen eine weitere Stirnflächen 32 des Bauelements 10 und eine weitere Stirnfläche 34 des Bauelements 12 beide in einer zweiten Ebene, welche von der ersten Ebene beabstandet ist. Das Bauteil 16 ist zwischen der ersten und der zweiten Ebene angeordnet.
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Prinzipiell können bei einem Betriebsvorgang verschiedene Kräfte auf die Bauelemente ausgeübt werden. Greifen an dem ersten Bauelement 10 Kräfte an, die in eine Richtung von dem zweiten Bauelement 12 weg gerichtet sind, so überträgt das Bauteil 16 diese Kräfte zumindest teilweise auf das Bauelement 12. Die Übertragung der Kräfte erfolgt, weil die Schlaufe die beiden Bauelemente 10, 12 umgibt und teilweise in der Nut 22 und ebenfalls teilweise in der Nut 24 angeordnet ist. Das Bauteil 16 liegt an einem Bereich eines Nutgrunds der Nut 22, der eine Form eines ersten Zylindermantelsegments, das sich etwa über 180° erstreckt, hat, an dem Bauelement 10 an. Das erste Zylindermantelsegment ist Teil einer Hälfte des Bauelements 10, die von dem Bauelement 12 weg gerichtet ist. Das Bauteil 16 liegt ferner an einem Bereich eines Nutgrunds der Nut 24, der eine Form eines zweiten Zylindermantelsegments, das sich etwa über 180° erstreckt, hat, an dem Bauelement 12 an. Das zweite Zylindermantelsegment ist Teil einer Hälfte des Bauelements 12, die von dem Bauelement 10 weg gerichtet ist.
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Ferner weist der Lagerträger vier Hülsen 20, 36, 38, 40 auf, die jeweils teilweise in den Grundkörper eingebettet sind und dadurch an dem Grundkörper befestigt sind. Mittels der Hülsen ist der Lagerträger beispielsweise an einem Gehäuse befestigbar, insbesondere durch Festschrauben. Dazu können die Hülsen ein Innengewinde aufweisen. Die Hülsen sind aus Aluminium.
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Der Grundkörper weist Kunststoff auf, der durch Fasern verstärkt ist. Der Kunststoff kann beispielsweise Duroplast oder Thermoplast sein. Das Bauteil 16 weist etwa 12.000 Karbonfasern auf. In alternativen Ausführungsbeispielen kann der Grundkörper auch beispielsweise aus Verbundmaterialien, Faserverbundmaterialien oder Elastomeren sein.
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Die Bauelemente 10, 12 sind wie bereits erwähnt Außenringe und können Außenringe jeweils eines Gleitlagers oder Wälzlager sein, wobei das Wälzlager praktisch von beliebiger Bauart, wie insbesondere ein Kugellager, Zylinderrollenlager (Außenring mit oder ohne Borde), Kegelrollenlager, Schrägkugellager, Vierpunktlager etc. sein kann.
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Der Lagerträger kann auch als Gehäusedeckel und damit als Gehäuseteil eingesetzt werden.
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Der Lagerträger kann in ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Pkws oder LKWs, eingebaut sein. Als Gehäuseteil oder Gehäusedeckel kann er Teil eines Kompressors oder Elektromotors sein.
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Alternativ kann das Bauteil 16 auch metallisch sein, wie beispielsweise ein Blechband oder eine gestanzte Blechschlaufe oder eine Drahtwicklung. Ferner kann das Bauteil 16 auch alternativ aus einem Verbundmaterial, wie beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern, Naturfasern oder Metall-Nichtmetallverbunde sein.
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Der Lagerträger kann weitere Einsätze aufweisen. Diese können beispielsweise aus Stahl, Aluminium bzw. generell aus Leichtmetallen und ihren Legierungen oder aus Faserverbundmaterialien sein.
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Außer den Bauelementen 10, 12 können weitere Einsätze alternativ auch vollständig entfallen, insbesondere wenn deren Funktion, wie eine Funktion als Befestigungselement oder als Zentrierelement oder eine Funktion als Führungselement beispielsweise für Wellen, direkt in den Grundkörper integriert werden können.
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Dazu kann der Grundkörper beispielsweise auch mechanisch nachbearbeitet werden, um die genannten Funktionen zu integrieren.
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Nachfolgend wird die Produktion des Lagerträgers beschrieben.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung des Lagerträgers werden in einem ersten Schritt die Bauelemente 10, 12, die Hülsen und zwei Werkzeughälften 42, 44 (5 und 6) mit einem Lösungsmittel gereinigt. Nachfolgend wird ein Rovingstrang in die Nuten 20, 24 eingelegt. Danach wird die Vorspannung des Rovingstrangs durch eine Klammer eingestellt. Ferner wird durch Wiegen kontrolliert, ob der Rovingstrang die richtige Menge an Fasern aufweist. Nachdem der Rovingstrang in den Nuten angeordnet ist, wird er auf die richtige Länge gekürzt und seine Enden werden zusammengeklebt, wodurch das Bauteil 16 hergestellt ist. Die Werkzeughälften werden schließlich angefeuchtet, um am Ende ein leichtes Herauslösen des Lagerträgers aus den Werkzeughälften erreichen zu können. Die Bauelemente 10, 12 werden danach, während das Bauteil 16 um diese gewunden ist, in eine Vertiefung 46 der Werkzeughälfte 42 eingesetzt, wobei die Bauelemente 10, 12 mithilfe von Zylindern 50, 52 richtig in der Vertiefung positioniert werden (5 und 7). Die Zylinder sind dabei in Durchgangslöcher der Werkzeughälfte 42 eingesetzt. Außerdem werden die Hülsen in Bohrungen der Werkzeughälfte 42, die in der Vertiefung 46 angeordnet sind, eingesetzt, wobei O-Ringe zur Abdichtung verwendet werden.
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Es wird bei Raumtemperatur eine Mischung aus etwa 6 mm langen Karbonfasern mit Epoxidharz hergestellt, wobei der Faseranteil etwa 40 Volumenprozent beträgt. Die Mischung kann beispielsweise mit einem Spatel durchgeführt werden.
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6 zeigt eine zweite Werkzeughälfte 44 mit einer Erhöhung 48.
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Zwei Kappen 54, 56 werden nachfolgend zur Abgrenzung auf die Stirnflächen der Bauelemente 10, 12 gesetzt und mit Schrauben fixiert (8). Die Mischung wird dann in die Vertiefung 46 eingefüllt und die Kappen werden an den Stellen der beiden Verschraubungen mit Klebeband versiegelt (9). Ferner wird die Mischung durch Komprimieren etwas verdichtet. An der zweiten Werkzeughälfte 44 werden die Ausnehmungen, die Kontaktbereiche für die Kappen bei einer nachfolgenden Komprimierung bilden werden, mit Silikon gefüllt, um Druck auf die Kappen zu erzeugen und eine Abdichtung zu gewährleisten (10).
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Schließlich wird die Erhöhung 48 der Werkzeughälfte 44 in die Vertiefung 46 der Werkzeughälfte 42 eingeführt und die Werkzeughälften werden in einer Presse positioniert und mit einem Temperatursensor verbunden. Danach wird mit der Presse Druck auf die Mischung ausgeübt und wieder reduziert. Mithilfe des Temperatursensors wird für die Mischung eine Temperatur von 90°C eingestellt, was ca. 15 Minuten dauert. Der Prozess des Druck Aufbauens und wieder Reduzierens wird dreimal durchgeführt, wodurch überflüssiges Material durch Überlaufkanäle in den Werkzeughälften entfernt wird. Beim dritten Aufbauen des Drucks erreicht der Druck 150 bar, welcher dann zusammen mit der Temperatur von 90°C 1 Stunde belassen wird. Nachfolgend wird die Temperatur der Werkzeughälfte 44 auf 110°C eingestellt und die Temperatur der Werkzeughälfte 42 auf 130°C, weil die Werkzeughälften unterschiedlich dick sind. Für die Mischung wird eine Temperatur von 120 °C angestrebt. Die Temperatur von 120 °C wird bei einem Druck von 150 bar für 3 Stunden beibehalten. Danach wird das Heizen unterlassen und dadurch 90 Minuten unter Druck abgekühlt. Schließlich werden die Werkzeughälften aus der Presse entfernt. Die Werkzeughälfte 44 und die Kappen werden entfernt. Die damit hergestellte Vorform des Lagerträgers wird aus der Werkzeughälfte 42 gepresst und überflüssiges Material wird an deren Ecken entfernt. Anschließend wird ein Tempern 8 Stunden lang bei 160 °C in einem Ofen durchgeführt, woraus eine Glasübergangstemperatur von 140–145 °C resultiert. Abschließend erfolgt eine Fräsbearbeitung der Hülsen.
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In einer alternativen Ausführungsform umgibt das Bauteil 16 nicht nur die beiden Bauelemente sondern zusätzlich noch ein oder mehrere weitere Bauelemente, wie insbesondere eine Hülse. Ferner ist denkbar, dass nur eines oder keines der Bauelemente, die das Bauteil 16 umgibt, ein Außenring eines Lagers ist.
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Prinzipiell kann das Einbetten der Bauelemente und/oder der Hülsen auch durch ein Spritzen oder ein Gießen erfolgen. Ferner ist denkbar, dass weitere Einsätze analog zu den Bauelementen in den Grundkörper integriert werden oder nach Herstellung des Grundkörpers in diesen integriert werden. Die Einsätze können insbesondere Befestigungselemente oder Zentrierungselemente oder Führungselemente sein.
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Des Weiteren ist denkbar, dass bei der Herstellung die Bauelemente nicht Außenringe sind sondern Lager sind, die jeweils Innenring und Außenring und gegebenenfalls Wälzkörper aufweisen.
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Durch die Kopplung der Außenringe mit der Schlaufe wird insbesondere eine positionsgenaue Anordnung erreicht.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen können bei der Herstellung die Fasern weggelassen werden.
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Alternativ zu Karbonfasern können insbesondere Glasfasern verwendet werden.
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In anderen Ausführungsbeispielen wird auf die Nuten an den Bauelementen 10, 12 verzichtet und der Rovingstrang wird beispielsweise an die Außenflächen der Bauelemente, die dann durch glatte Zylindermäntel gegeben sind, angelegt. Auch ist es möglich, die Kontaktflächen zwischen dem Bauteil 16 und den Bauelementen 10, 12 durch von einer Nutform abweichende Konturen auszugestalten.
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Weiterhin ist es möglich, beispielsweise zur Kraftübertragung und/oder Führung des Bauteils 16 an den Bauelementen 10, 12 zusätzliche Elemente anzubringen. Diese sind beispielsweise aus metallischen, nichtmetallischen oder aus Verbundmaterialien darstellbar.
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Durch die Kopplung der Bauelemente mittels des Bauteils 16 werden Kräfte, die auf die Bauelemente wirken, gleichmäßiger verteilt.
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Alternativ zu dem beschriebenen Herstellungsverfahren durch Pressen und Erhitzen kann eine Herstellung insbesondere auch erfolgen durch Verfahren zur Verarbeitung von Duroplasten, wie insbesondere Resin Transfer Moulding, Bulk-Moulding-Compound-Prozesse, das Prepreg-Verfahren, Schäumen, oder durch Verfahren zur Verarbeitung von Thermoplasten, wie insbesondere Spritzgießen oder Thermoformen, oder durch generative Fertigungsverfahren, wie insbesondere Stereolithographie oder 3D-Druck. Bezugszeichenliste
| 10 | Bauelement |
| 12 | Bauelement |
| 14 | Grundkörper |
| 16 | Bauteil |
| 18 | Schlaufe |
| 20 | Hülse |
| 22 | Nut |
| 24 | Nut |
| 26 | Stirnfläche |
| 28 | Stirnfläche |
| 30 | Stirnfläche |
| 32 | Stirnfläche |
| 34 | Stirnfläche |
| 36 | Hülse |
| 38 | Hülse |
| 40 | Hülse |
| 42 | Werkzeughälfte |
| 44 | Werkzeughälfte |
| 46 | Vertiefung |
| 48 | Erhöhung |
| 50 | Zylinder |
| 52 | Zylinder |
| 54 | Kappe |
| 56 | Kappe |
