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Dokumentenidentifikation DE102005043072A1 15.03.2007
Titel Aufnahme für ein Lager
Anmelder AB SKF, Göteborg/Gotenburg, SE
Erfinder Wendt, Volker, 97422 Schweinfurt, DE
Vertreter Gosdin, M., Dipl.-Ing.Univ. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 97422 Schweinfurt
DE-Anmeldedatum 10.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005043072
Offenlegungstag 15.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.03.2007
IPC-Hauptklasse F16C 35/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Aufnahme (1) für ein Lager (2), die mindestens eine zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche (3) für einen Ring (4) des Lagers (2) aufweist, wobei die Aufnahme (1) aus einem metallischen Material besteht. Um auch bei starker Erwärmung der Aufnahme keine Verschlechterung des Laufverhaltens des Lagers hinnehmen zu müssen, ist erfindungsgemäß die Aufnahme gekennzeichnet durch mindestens ein ringförmig ausgebildetes Federelement (5) aus hochfestem Material, das im Bereich der Aufnahmefläche (2) angeordnet ist, wobei das Federelement (5) vollständig vom Material der Aufnahme (1) umgeben ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Aufnahme für ein Lager, die mindestens eine zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche für einen Ring des Lagers aufweist, wobei die Aufnahme aus einem metallischen Material besteht.

Lageranordnungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Ein besonderes Problem stellt sich dann, wenn die Aufnahme samt Lager im Betrieb relativ großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.

Beispielweise kommt es in einem Winkelschleifer zu starken Temperaturschwankungen, die zwischen Zimmertemperatur (20 °C) und ca. 100 °C liegen können. Der Lagersitz ist zumeist in Press- oder Übergangspassung toleriert, so dass in Abhängigkeit der Temperatur der Bauteile unterschiedliche Sitzfestigkeiten vorliegen, nachdem das Lager aus Stahl, die Aufnahme bzw. das Gehäuse jedoch zumeist aus Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, besteht. In diesem Falle kann es bei zu enger Tolerierung zu hohen Spannungen im kalten Zustand kommen; allerdings ist dann die Pressung zwischen Lagerring und seiner Aufnahme bei höheren Temperaturen günstig. Indes kann bei zu geringer Pressung zwischen Aufnahme und Lagerring, was bei niedrigen Temperaturen positiv ist, bei hohen Temperaturen zu großes Spiel vorliegen, was das Laufverhalten des Lagers negativ beeinflusst.

Die DE 23 16 951 A1 offenbar hierzu eine Lösung, bei der in ein Leichtmetallgehäuse eine Armierung aus einer Nickel-Eisen-Legierung integriert wird. Im Gehäuse ist eine Aufnahme für einen Wälzlagerring eingearbeitet. Die Armierung ist als ringförmiges Element mit radialen Lochungen ausgebildet, wobei sich radial erstreckende, strahlenförmig ausgebildete Fortsätze vorgesehen sind, um das Gehäuse zu versteifen. Nachteilig ist bei dieser Lösung, dass das mit eingegossene Verstärkungselement relativ aufwändig hergestellt werden muss, was die Lösung verteuert.

Aus der DE 17 25 127 U1 ist es bekannt, beim Einbau von Wälzlagern in Leichtmetallgehäusen dieses mit einem über den Lagersitz aufgezogenen bzw. aufgeschrumpften Stahlring zu bewehren. Damit soll auch bei Temperaturschwankungen die Passung zwischen Lagerring und seiner Aufnahme möglichst wenig beeinflusst werden. Nachteilig ist auch hier der relativ hohe Aufwand konstruktiver und montagetechnischer Art.

Die DE 31 40 330 C2 zeigt eine Gehäusekonstruktion für ein Getriebe, bei der vorgesehen ist, dass in einen ein Wälzlager aufnehmenden Lagerdeckel aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung ein Stahlblech-Bauteil mit eingegossen wird, um einen Versteifungseffekt zu erzielen und unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Materialien (einerseits eine aus Stahl bestehende Welle, andererseits das Gehäuse aus Leichtmetall) zu kompensieren. Das Verstärkungselement weist dabei eine relativ komplexe Form auf, die sich dem Gehäuseverlauf anpassen muss. Damit ist auch diese Lösung fertigungstechnisch aufwändig und damit teuer.

Der Erfindung liegt im Lichte der vorbekannten Lösungen die Aufgabe zugrunde, eine Aufnahme für ein Lager, insbesondere für ein Wälzlager, der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch bei Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Temperaturveränderung der Sitz des Lagerings in der Aufnahme möglichst wenig verändert wird. Dabei soll eine möglichst kostengünstige Realisierung der Aufnahme ermöglicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch mindestens ein ringförmig oder wendelförmig ausgebildetes Federelement aus hochfestem Material, das im Bereich der -Aufnahmefläche angeordnet ist, wobei das Federelement vollständig vom Material der Aufnahme umgeben ist.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, dass weitgehend unabhängig von der Temperatur der Bauteile stets im wesentlichen dieselbe Passung zwischen dem Lagerring und seiner Aufnahme vorliegt. Das vorgesehene Federelement aus hochfestem Material zieht die sich bei Temperaturerhöhung stark ausdehnende Lageraufnahmefläche elastisch zusammen, so dass sich die Passung nur wenig ändert.

Erfindungsgemäß ist das Federelement also ringförmig oder wendelförmig ausgebildet. Im Falle der Ringform kann vorgesehen werden, dass sich der Ring wellenförmig in axialer Richtung erstreckt. Werden mehrere solcher Ringe nebeneinander angesetzt, können sie sich an der jeweiligen Wellung berühren und so einen definierten Abstand zueinander einhalten. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Ringe vor dem Umspritzen mit dem metallischen Material in einem Spritzgießwerkzeug in diesem positioniert werden müssen. Die Positionierung des Federelements im Spritzgießwerkzeug wird auch wesentlich erleichtert, wenn es wendelförmig ausgebildet ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Umfangserstreckung der Wendel mindestens 720° beträgt, besonders bevorzugt ist ein Umfangswinkel von mehr als 1080° vorgesehen; die Wendel erstrecken sich also vorzugsweise um mindestens 2, besonders bevorzugt um mindestens 3 Umdrehungen.

Das Lager ist bevorzugt ein Wälzlager. Der Ring des Lagers, insbesondere dessen Außenring, und die zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche sind bevorzugt mit Press- oder Übergangspassung zueinander toleriert.

Das Material der Aufnahme ist bevorzugt ein Leichtmetall oder eine Legierung von Leichtmetallen. Dabei ist insbesondere an Aluminium oder an Magnesium gedacht.

Besonders bevorzugt ist das ringförmig ausgebildete Federelement im Querschnitt kreisförmig ausgebildet. Danach hat es eine O-Ring-förmige Kontur. Es können dabei mehrere ringförmig ausgebildete Federelemente auf demselben Durchmesser in axialer Richtung der Aufnahme bzw. des Lagersitzes nebeneinander entlang der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche angeordnet sein.

Der gewünschte Effekt einer elastischen Einfassung des Lagersitzes kommt bevorzugt zur Geltung, wenn das mindestens eine ringförmig ausgebildete Federelement in radialer Nähe zu der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche angeordnet ist. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der radiale Abstand zwischen der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche und dem Federelement zwischen 1 % und 5 % des Durchmessers der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche beträgt. Ferner haben sich besonders günstige Ergebnisse ergeben, wenn vorgesehen wird, dass der Querschnittsdurchmesser des Federelements zwischen 2 % und 5 % des Durchmessers der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche beträgt.

Das hochfeste Material des ringförmig ausgebildeten Federelements ist bevorzugt Stahl, wobei Federstahl, aber auch Baustahl verwendet werden kann.

Die Aufnahme ist mit Vorteil als Gussteil ausgebildet. Sie kann dabei einen sich von der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche radial nach außen erstreckenden Flansch aufweisen. Der Flansch kann zumindest eine Bohrung für den Durchtritt eines Befestigungselements aufweisen.

Die vorgeschlagene Lageranordnung bzw. Aufnahme ist bevorzugt, aber nicht ausschließlich, als Bestandteil eines Winkelschleifers gedacht und kommt dort bevorzugt zur Anwendung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

l eine perspektivische Ansicht einer flanschartig ausgebildeten Aufnahme für ein Wälzlager in teilweise gebrochener Darstellung,

2 eine zu 1 entsprechende Darstellung, aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, und

3 einen Radialschnitt durch einen Ausschnitt der Aufnahme samt Lager.

In den Figuren ist die Aufnahme 1 für ein (nur in 3 dargestelltes) Lager 2 zu sehen. Das Lager 2 hat in üblicher Weise einen Außenring 4, Wälzkörper 8 und einen Innenring 9, mit dem ein nicht dargestelltes Bauteil gelagert werden kann. Die Aufnahme weist für den Außenring 4 eine zylindrische Aufnahmefläche 3 auf. Dabei ist zwischen dem Außenring 4 und der Aufnahmefläche 3 eine leichte Presspassung vorgesehen. Denkbar sind Passungen im Bereich zwischen Press- und Übergangspassung.

Die Aufnahme 1 besteht vorliegend aus Aluminium, während der Lagering 4 aus Wälzlagerstahl besteht. Das bedeutet, dass Aufnahme 1 und Lagerring 4 stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Während beispielsweise Aluminium einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 24 × 10–6 K–1 aufweist, hat Stahl einen Wert von ca. 13 × 10–6 K–1. Stahl dehnt sich bei Erwärmung also wesentlich weniger als Aluminium aus.

Um Veränderungen in der Passung zwischen Aufnahme 3 und Ring 4 bei Temperaturveränderungen zu minimieren, sind in das Material der Aufnahme 1 eingegossene, d. h. vollständig integral eingebrachte ringförmig ausgebildete Federelemente 5 aus Stahl, insbesondere aus Federstahl, vorgesehen. Von den Federelementen 5 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel vier, auf demselben Durchmesser entlang der Aufnahmefläche 3 nebeneinander angeordnet.

Wie aus 3 hervorgeht, liegen die Federelemente 5 relativ dicht unter der Oberfläche 3 der Aufnahme 1. Der radiale Abstand ist mit a angegeben und beträgt bevorzugt zwischen 1 % und 5 % des Durchmessers D der Aufnahmefläche 3.

Die einzelnen Federringe 5 sind dabei als O-Ringe ausgebildet, d. h. sie haben einen Querschnitt mit kreisförmiger Gestalt (s. 3). Der Querschnittsdurchmesser d beträgt dabei im Ausführungsbeispiel zwischen 2 % und 5 % des Durchmessers D der Aufnahmefläche 3.

Die Aufnahme 1 ist flanschartig ausgebildet, d. h. sie erstreckt sich radial nach außen in einen Bereich, der mit Befestigungselementen, beispielsweise mit Schrauben, an einem nicht dargestellten weiteren Bauteil festgelegt werden kann. Wie dargestellt, ist der Flansch 6 der im radialen Außenbereich mit Bohrungen 7 versehen, durch die Schrauben gesteckt werden können.

Werden die vorgeschlagenen O-Ringe als Federelemente 5 eingesetzt, ergibt sich der Vorteil, dass das Material der Aufnahme (Aluminium, Magnesium) beim Herstellen mittels Druckgussspritzen leicht um die Ringe 5 herumfließen kann und so der Fertigungsprozess der Aufnahme 1 nicht behindert wird. Werden – wie im Stand der Technik bekannt – bandförmige Ringe verwendet, ist das Fließverhalten des Materials beim Spritzen unter Umständen stark behindert, was zu Nachteilen bei der Festigkeit des Bauteils führt.

1
Aufnahme
2
Lager
3
Aufnahmefläche
4
Ring des Lagers (Außenring)
5
ringförmig ausgebildetes Federelement
6
Flansch
7
Bohrung
8
Wälzkörper (Kugeln)
9
Innenring
A
axiale Richtung
a
Abstand
D
Durchmessers der Aufnahmefläche
d
Querschnittsdurchmesser


Anspruch[de]
Aufnahme (1) für ein Lager (2), die mindestens eine zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche (3) für einen Ring (4) des Lagers (2) aufweist, wobei die Aufnahme (1) aus einem metallischen Material besteht, gekennzeichnet durch mindestens ein ringförmig oder wendelförmig ausgebildetes Federelement (5) aus hochfestem Material, das im Bereich der Aufnahmefläche (2) angeordnet ist, wobei das Federelement (5) vollständig vom Material der Aufnahme (1) umgeben ist. Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmig ausgebildete Federelement (5) eine sich in axiale Richtung erstreckende Wellung aufweist. Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wendelförmig ausgebildete Federelement (5) sich über einen Umfangsbereich von mindestens 720°, vorzugsweise von mindestens 1080°, erstreckt. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (2) ein Wälzlager ist. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (4) des Lagers (2) und die zylindrisch ausgebildete Aufnahmefläche (3) mit Press- oder Übergangspassung zueinander toleriert sind. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Aufnahme (1) ein Leichtmetall oder eine Legierung von Leichtmetallen ist. Aufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Aufnahme (1) Aluminium ist oder enthält. Aufnahme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Aufnahme (1) Magnesium ist oder enthält. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmig ausgebildetes Federelement (5) im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ringförmig ausgebildete Federelemente (5) auf demselben Durchmesser in axialer Richtung (A) nebeneinander entlang der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) angeordnet sind. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine ringförmig ausgebildete Federelement (5) in radialer Nähe zu der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) angeordnet ist. Aufnahme nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (a) zwischen der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) und dem Federelement (5) zwischen 1 % und 5 % des Durchmessers (D) der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) beträgt. Aufnahme nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsdurchmesser (d) des Federelements zwischen 2 % und 5 % des Durchmessers (D) der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) beträgt. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfeste Material des ringförmig ausgebildeten Federelements (5) Stahl ist. Aufnahme nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfeste Material des ringförmig ausgebildeten Federelements (5) Federstahl ist. Aufnahme nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das hochfeste Material des ringförmig ausgebildeten Federelements (5) Baustahl ist. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Gussteil ausgebildet ist. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen sich von der zylindrisch ausgebildeten Aufnahmefläche (3) radial nach außen erstreckenden Flansch (6) aufweist. Aufnahme nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (6) zumindest eine Bohrung (7) für den Durchtritt eines Befestigungselements aufweist. Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie Bestandteil eines Winkelschleifers ist.






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