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DE102006008438A1 - Lageranordnung - Google Patents

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DE102006008438A1
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arrangement according
conical surface
connection
bearing
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Arno Stubenrauch
Padelis Katsaros
Peter Volpert
Achim Müller
Rico Dittmar
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) mit mindestens einem Kegelrollenlager (2, 3), mit dem ein Wellenteil (4) relativ zu einem Gehäuse (5) gelagert wird, wobei das Gehäuse (5) mindestens eine konisch ausgebildete Fläche (6, 7) aufweist, auf der ein einen Ring des Kegelrollenlagers (2, 3) bildendes Laufbahnteil (8, 9) angeordnet ist. Um die Stabilität der Lageranordnung zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Laufbahnteil (8, 9) auf der konisch ausgebildeten Fläche (6, 7) durch Stoffschluss festgelegt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung mit mindestens einem Kegelrollenlager, mit dem ein Wellenteil relativ zu einem Gehäuse gelagert wird, wobei das Gehäuse mindestens eine konisch ausgebildete Fläche aufweist, auf der ein einen Ring des Kegelrollenlagers bildendes Laufbahnteil angeordnet ist.
  • Eine Lageranordnung dieser Art ist aus der DE 100 57 587 A1 bekannt. Dort ist eine Lageranordnung für eine Radlagerung beschrieben, bei der zwei zusammenwirkende und in O-Anordnung positionierte Kegelrollenlager eingesetzt werden, um eine Welle relativ zu einem Gehäuse zu lagern. Das Gehäuse weist zwei konisch ausgebildete Sitzabschnitte auf, in die Laufbahnbleche eingesetzt sind, die jeweils einen Außenring des Kegelrollenlagers bilden.
  • Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass ein gewichtsarmes, jedoch stabiles Lager für die Welle geschaffen wird. Das Gehäuse besteht zumeist aus einem Material, das nicht für die Aufnahme der hohen Kräfte bzw. Flächenpressungen geeignet ist, die über das Lager zu übertragen sind. Der eingesetzte Laufbahnring – zumeist aus gehärtetem Stahl – besitzt die benötigte Festigkeit. Da er jedoch als dünnwandiges Blechteil ausgebildet ist, ist sein Gewicht nicht hoch.
  • Die genannte Lösung erkennt das Problem, dass die feste Anordnung der Laufbahnringe in den konischen Gehäuseabschnitten sichergestellt sein muss. Daher schlägt die vorbekannte Lösung vor, die Laufbahnbleche in die entsprechende Innenfläche im Gehäuse einzupressen oder durch Kaltwalzen einzurollen.
  • Es hat sich herausgestellt, dass diese Anbringung problematisch ist. Im Laufe der Zeit kann es infolge der Lagerkräfte zu einem Lösen der Laufbahnringe von ihren konischen Sitzen im Gehäuse kommen, so dass der Laufbahnring relativ zum Gehäuse sowohl axial als auch in Umfangsrichtung wandern kann. Dies hat infolge auftretenden Passungsrosts negative Effekte, so dass im Ergebnis das Lager ausfallen kann.
    •
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein diesbezüglich verbessertes Verhalten aufweist. Es soll insbesondere sichergestellt sein, dass auch bei langem Gebrauch der Laufbahnring relativ zum Gehäuse stets so festgelegt ist, dass es zu keinem Wandern des Rings relativ zum Gehäuse kommen kann. Die Stabilität der Lageranordnung soll damit erhöht und die Gebrauchsdauer verlängert werden. Schließlich sollen die Herstellkosten gering sein, so dass sich das Lager auch und insbesondere für die Großserienfertigung eignet.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnteil des Kegelrollenlagers auf der konisch ausgebildeten Fläche durch Stoffschluss festgelegt ist.
  • Diese stoffschlüssige Verbindung zwischen konisch ausgebildeter Fläche und Laufbahnteil kann punktuell oder flächig ausgeführt sein. In letzterem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass die flächige Verbindung zwischen konisch ausgebildeter Fläche und Laufbahnteil im wesentlichen die gesamte konische ausgebildete Fläche umfasst.
  • Das Laufbahnteil besteht vorzugsweise aus einem Blech mit weitgehend konstanter Dicke, wie es an sich im Stand der Technik bekannt ist.
  • Der Stoffschluss zwischen konisch ausgebildeter Fläche und Laufbahnteil wird bevorzugt durch ein Lot gebildet, wobei bevorzugt ein Hartlot vorgesehen wird.
  • Alternativ dazu kann aber als Stoffschluss auch eine Verschweißung vorgesehen werden. Hierfür hat sich insbesondere eine Laserverschweißung oder eine Elektronenstrahlverschweißung bewährt.
  • Als weitere Alternative für den Stoffschluss kann ein Klebstoff vorgesehen werden, der bevorzugt entsprechend temperaturstabil ausgewählt wird, um den Betriebtemperaturen der Lageranordnung problemlos widerstehen zu können.
  • Das Laufbahnteil besteht vorzugsweise aus Stahlblech, insbesondere aus rostfreiem Edelstahlblech. Es kann durch einen Tiefziehvorgang, durch einen Kaltwalzvorgang, durch einen Drückwalzvorgang, durch einen Rolliervorgang und/oder durch einen Fließpressvorgang hergestellt sein.
  • Die vorgeschlagene Lageranordnung wird zumeist mit zwei Kegelrollenlagern realisiert, die in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Lager können in O-Anordnung positioniert sein.
  • Bevorzugt sind die Laufbahnteile einer Wärmebehandlung, insbesondere einem Härtevorgang, möglicherweise unter Schutzgas unterzogen. Eine hohe Gebrauchsdauer des Lagers ergibt sich, wenn die als Lagerringe fungierenden Laufbahnteile eine Oberflächenhärte von mindestens 50 HRC aufweisen.
  • Mit dem Erfindungsvorschlag wird eine einfach aufgebaute und kostengünstige Lageranordnung mittels Kegelrollenlager geschaffen, die sich insbesondere für die Großserienfertigung eignet. Die Lageranordnung ist relativ leicht und weist eine hohe Stabilität auf. Das Laufbahnteil ist an der konisch ausgebildeten Fläche des Gehäuses dauerhaft und fest angeordnet, so dass eine Relativbewegung des Laufbahnteils relativ zum Gehäuse ausgeschlossen ist.
  • Damit ist der kritische Punkt der Anbindung eines Laufbahnteils im Gehäuse überwunden. Sowohl ein Verdrehen als auch ein axiales Verschieben des Laufbahnteils relativ zum Gehäuse ist zuverlässig verhindert. Dies gilt insbesondere für den regelmäßigen Anwendungsfall, dass das Gehäuse und das Laufbahnteil aus unterschiedlichem Material bestehen (häufig: Guss und Stahlblech).
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass aufwändige Lösungen vermieden werden können, bei denen eine Verhinderung der Relativbewegung durch Formschluss versucht wird zu erreichen, was jedoch einen entsprechend hohen Fertigungsaufwand erfordert, der kostenintensiv ist.
  • Der bevorzugte Anwendungsfall für die vorgeschlagene Lageranordnung findet sich bei Radlagerungen und Getriebelagerungen im Kfz-Bau, insbesondere im LKW-Bereich. Der Erfindungsvorschlag eignet sich weiter auch besonders gut für andere Anwendungen, bei denen Lageraußenringe in Naben bzw. Gehäuse eingepresst werden.
    •
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt den Schnitt durch eine Lageranordnung bestehend aus zwei Kegelrollenlagern, die eine Welle relativ zu einem Gehäuse lagert.
  • In 1 ist eine Lageranordnung 1 im Schnitt dargestellt. Sie weist zwei Kegelrollenlager 2 und 3 auf, die in O-Anordnung positioniert sind und ein Wellenteil 4 relativ zu einem Gehäuse 5 lagern.
  • Die beiden Kegelrollenlager 2, 3, haben jeweils einen Innenring 11 und 12, die auf einem Sitzabschnitt 13 des Wellenteils 4 montiert sind. Ferner haben die Lager 2, 3 Laufbahnteile 8, 9, die als Außenringe fungieren und aus Blech konstanter Dicke d bestehen. Zwischen den Innenringen 11, 12 und den Laufbahnteilen 8, 9 sind Kegelrollen 14, 15 angeordnet.
  • Die Innenringe 11, 12 weisen in zumindest einem ihrer axialen Endbereiche einen Anlaufbord 16, 17 für den axialen Anlauf der Kegelrollen 14, 15 auf.
  • Die beiden Laufbahnteile 8, 9 liegen an konisch ausgebildeten Flächen 6 und 7 im Gehäuse 5 an. Damit eine dauerhafte und feste Verbindung zwischen den Laufbahnteilen 8 und 9 und dem Gehäuse 5 sichergestellt ist, sind die Laufbahnteile 8, 9 mittels Stoffschluss am Gehäuse 5 festgelegt.
  • Bei der stoffschlüssigen Verbindung handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine solche, die ein Hartlot einsetzt.
  • Das Hartlot ist in der Regel eine eutektische Legierung (meist auf der Basis von Silber oder Messing). Es eignet sich im Gegensatz zum Weichlot (das meist aus einer Zinn-Blei-Basis besteht) auch für mechanisch stärker beanspruchte metallische Verbindungen, wie es für den vorliegenden Anwendungsfall typisch ist. Eine Hartlotverbindung weist zum Teil eine höhere Festigkeit als der Grundwerkstoff auf. Die Verarbeitungstemperaturen für Hartlote liegen zwischen 500 °C und 1.000°C. Als Wärmequellen können z. B. Gasbrenner oder Laser eingesetzt werden.
  • Die Laufbahnteile 8, 9 sind durch einen spanlosen Fertigungsprozess, nämlich durch einen Umformvorgang hergestellt, durch den insbesondere die Laufbahnen (Anlagefläche für die Kegelrollen 14, 15) ausgeformt worden sind. Die Oberflächenhärte der Laufbahnteile 8, 9 beträgt bevorzugt mindestens 58 HRC, um den Kegelrollenlagern 2, 3 ein hinreichendes Verschleißverhalten zu verleihen.
  • Die Laufbahnteile 8, 9 werden nach dem vorzugsweise spanlosen Herstellen keiner weiteren spanenden Bearbeitung an den Laufbahnen unterzogen, d. h. es erfolgt bevorzugt kein Schleifen und/oder Honen. Die Dicke d des Blechs, aus dem die Laufbahnteile 8, 9 geformt sind, ist bevorzugt konstant, wobei allerdings auch leichte Verjüngungen über die axiale Erstreckung der Teile möglich sind.
  • Die Laufbahnteile 8, 9 können gerade, ballig oder logarithmisch gekrümmt ausgebildet sein, wobei große Balligkeits- bzw. Krümmungsradien vorgesehen werden können. Die zum Einsatz kommenden Kegelrollen 14, 15 (bevorzugt aus durchgehärtetem Wälzlagerstahl) und Käfige (aus Stahlblech oder Kunststoff) entsprechen den ansonsten bei Kegelrollenlagern üblichen Ausführungen. Hinsichtlich des Materials ist anzumerken, dass übliche Maßnahmen zur Veredelung des Materials zum Einsatz kommen können. Bewährt hat sich korrosionsarmes bzw. korrosionsbeständiges Material und eine korrosionsvermindernde bzw. korrosionsbeständige Beschichtung einschließlich Nitrieren, Carbonitieren etc.
    • 1
    Lageranordnung
    2
    Kegelrollenlager
    3
    Kegelrollenlager
    4
    Wellenteil
    5
    Gehäuse
    6
    konisch ausgebildete Fläche
    7
    konisch ausgebildete Fläche
    8
    Laufbahnteil
    9
    Laufbahnteil
    10
    stoffschlüssige Verbindung (Lot)
    11
    Innenring
    12
    Innenring
    13
    Sitzabschnitt
    14
    Kegelrolle
    15
    Kegelrolle
    16
    Anlaufbord
    17
    Anlaufbord
    d
    Dicke

Claims (16)

  1. Lageranordnung (1) mit mindestens einem Kegelrollenlager (2, 3 ), mit dem ein Wellenteil (4) relativ zu einem Gehäuse (5) gelagert wird, wobei das Gehäuse (5) mindestens eine konisch ausgebildete Fläche (6, 7) aufweist, auf der ein einen Ring des Kegelrollenlagers (2, 3) bildendes Laufbahnteil (8, 9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnteil (8, 9) auf der konisch ausgebildeten Fläche (6, 7) durch Stoffschluss festgelegt ist.
  2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen konisch ausgebildeter Fläche (6, 7) und Laufbahnteil (8, 9) punktuell ausgebildet ist.
  3. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen konisch ausgebildeter Fläche (6, 7) und Laufbahnteil (8, 9) flächig ausgebildet ist.
  4. Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Verbindung zwischen konisch ausgebildeter Fläche (6, 7) und Laufbahnteil (8, 9) im wesentlichen die gesamte konische ausgebildete Fläche (6, 7) umfasst.
  5. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnteil (8, 9) aus einem Blech mit weitgehend konstanter Dicke (d) besteht.
  6. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss zwischen konisch ausgebildeter Fläche (6, 7) und Laufbahnteil (8, 9) durch ein Lot (10) gebildet wird.
  7. Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot (10) ein Hartlot ist.
  8. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss zwischen konisch ausgebildeter Fläche (6, 7) und Laufbahnteil (8, 9) durch eine Verschweißung gebildet wird.
  9. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweißung eine Laserverschweißung ist.
  10. Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweißung eine Elektronenstrahlverschweißung ist.
  11. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss zwischen konisch ausgebildeter Fläche (6, 7) und Laufbahnteil (8, 9) durch einen Klebstoff gebildet wird.
  12. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnteil (8, 9) aus Stahlblech, insbesondere aus rostfreiem Edelstahlblech, besteht.
  13. Lageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnteil (8, 9) durch einen Tiefziehvorgang, durch einen Kaltwalzvorgang, durch einen Drückwalzvorgang, durch einen Rolliervorgang und/oder durch einen Fließpressvorgang hergestellt ist.
  14. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufbahnteil (8, 9) eine Oberflächenhärte von mindestens 50 HRC aufweist.
  15. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kegelrollenlager (2, 3) in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.
  16. Lageranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kegelrollenlager (2, 3) in O-Anordnung positioniert sind.
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