DE10153432C1

DE10153432C1 - Wälzlager und Verfahren zur Befestigung eines Wälzlagers

Info

Publication number: DE10153432C1
Application number: DE10153432A
Authority: DE
Inventors: Manfred Brandenstein; Burkhard Buchheim; Berthold Beyfus; Peter Horling
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2021-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager (1) mit einem inneren Lagerring (2) und einem äußeren Lagerring (3) und mehreren zwischen den Lagerring (2, 3) angeordneten Wälzkörpern (4), wobei einer der Lagerringe (3) zur Sicherung der Lage des Wälzlagers (1) in Axialrichtung formschlüssig an einem anderen Bauteil (6) fixierbar ist. An zumindest einem der Lagerringe (3) ist eine Vertiefung (11) vorgesehen, in die zur Herstellung des Formschlusses zwischen Bauteil (6) und Wälzlager (1) der das Bauteil (6) bildende Werkstoff zumindest stückweise plastisch einfließen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager und ein Verfahren zur Befestigung eines Wälzlagers nach den Oberbegriffen der unabhängigen Hauptansprüche.

Gattungsgemäße Wälzlager weisen einen inneren und einen äußeren Lagerring auf, zwischen denen mehrere Wälzkörper, beispielsweise Kugeln, Zylinder usw. angeordnet sind.

Zur lagerichtigen Positionierung derartiger Wälzlager in einer Maschine oder ähnlichem, müssen die Wälzlager bei der Montage an anderen Bauteilen, beispielsweise Wellen, Achsen oder Gehäusebohrungen fixiert werden. Bei der Fixierung der Wälzlager sind grundsätzlich zwei unterschiedliche Richtungen zu unterscheiden. Zum einen kann die Fixierung in Axialrichtung des Wälzlagers erfolgen, um eine ungewollte Verschiebung des Wälzlagers längs der Rotationsachse zu verhindern. Weiter können Wälzlager auch in radialer Richtung fixiert werden, um dadurch eine Verdrehsicherung der Lagerringe zu erreichen.

Aus der DE 33 26 491 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Befestigung von Wälzlagern auf glattzylindrischen Wellen bekannt. Dabei wird ein handelsübliches Wälzlager auf die Welle, die keine besonderen Schulterbereiche aufweist, aufgesteckt und geeignete Stemmwerkzeuge derart an der Welle zum Eingriff gebracht, dass seitlich von dem Wälzlager Material der Welle aufgeworfen wird. Durch dieses aufgestemmte Material der Welle wird das Wälzlager axial auf der Welle fixiert, so dass eine Verschiebung des Wälzlagers in Axialrichtung ausgeschlossen ist.

Nachteilig an dem Befestigungswerkzeug ist es, dass zu dessen Durchführung ein aufwendiges und relativ großes Werkzeug verwendet werden muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Wälzlager vorzuschlagen, das ohne Verwendung zusätzlicher Befestigungsteile und ohne Verwendung eines speziellen Befestigungswerkzeuges derart an einem anderen Bauteil fixiert werden kann, dass die Lage des Wälzlagers in Axialrichtung gesichert ist. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Befestigung derartiger Wälzlager vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch ein Wälzlager bzw. durch ein Verfahren nach der Lehre der unabhängigen Hauptansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Wälzlager beruht auf dem Grundgedanken, dass an einem der Lagerringe eine Vertiefung vorgesehen wird, in die der das gegenüberliegende Bauteil bildende Werkstoff zumindest stückweise plastisch einfließen kann. Sobald der Werkstoff ausreichend tief in die Vertiefung des Lagerrings eingeflossen ist, entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Bauteil und Lagerring, durch die die axiale Lage des Wälzlagers relativ zum Bauteil gesichert wird. An dem die Vertiefung aufweisenden Lagerring ist ein sich radial nach außen oder innen erstreckender Flansch angeformt. Dieser Flansch kann mit einer Anlagefläche in Axialrichtung am Bauteil zur Anlage kommen. Außerdem ist die Vertiefung im Übergang zwischen der radialen Umfangsfläche des Lagerrings und der axialen Anlagefläche des Flansches angeordnet. Im Ergebnis kann dadurch erreicht werden, dass durch axiale Verschiebung des Wälzlagers der eine Lagerring mit der Anlagefläche des angeformten Flansches am Bauteil zur Anlage kommt und in der Kontaktfläche zwischen Flansch und Bauteil ein Druckzustand aufgebaut wird. Sobald die Druckspannungen ausreichend hoch sind, fängt der das Bauteil bildende Werkstoff zu fließen an und fließt in die Ausnehmung am Lagerring ein. Somit kann die erfindungsgemäße Herstellung des Formschlusses zwischen Wälzlager und Bauteil durch einfaches Einpressen des Wälzlagers mit entsprechend geeigneten Presswerkzeugen realisiert werden. Um das Einfließen des Werkstoffs in die Vertiefung des Lagerringes schon bei relativ geringem äußeren Druck realisieren zu können, ist an der axialen Anlagefläche des Flansches ein vorstehendes, insbesondere keilförmig ausgebildetes, Stempelelement angeformt. Durch dieses Stempelelement werden die aufgebrachten Druckkräfte konzentriert, so dass ein für das Fließen des Werkstoffs ausreichender Druckzustand bereits bei geringeren äußeren Druckkräften erreicht wird. Das Stempelelement ist dabei derart anzuordnen, dass der plastisch fließende Werkstoff in die Vertiefung des Lagerrings verdrängt wird.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Wälzlagers liegt insbesondere darin, dass die Verwendung von Spezialwerkzeugen zur Herstellung des Formschlusses zwischen Wälzlager und Bauteil nicht erforderlich ist. Vielmehr kann der Formschluss dadurch hergestellt werden, dass zwischen dem die Vertiefung aufweisenden Lagerring und dem Bauteil ein ausreichend hoher Druck aufgebaut wird, so dass der das Bauteil bildende Werkstoff zu fließen beginnt und sich plastisch in die Vertiefung einformt. Soweit der das Bauteil bildende Werkstoff während der Herstellung noch plastisch formbar ist, beispielsweise bei der Verwendung von thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen, ist es auch denkbar, dass der Werkstoff im Wesentlichen kraftfrei in die Vertiefung einfließt und dort anschließend erstarrt.

Welche Geometrie die Vertiefung aufweist, ist grundsätzlich beliebig. Besonders hohe Haltekräfte zwischen Wälzlager und Bauteil können erfindungsgemäß erreicht werden, wenn die Vertiefung in der Art einer ringförmigen Nut ausgebildet ist. Die Nut kann dabei selbstverständlich auch nur abschnittsweise in den Lagerring eingearbeitet sein. Die Haltekräfte können jedoch noch erhöht werden, wenn die Nut geschlossen umlaufend ausgebildet ist. Ist die Nut nur abschnittsweise ausgebildet, kann durch das erfindungsgemäße Einfließen des das Bauteil bildenden Werkstoffs in die Nutabschnitte neben einer axialen Lagesicherung auch eine Verdrehsicherung des Lagerrings realisiert werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die erfindungsgemäße Vertiefung relativ zur axialen Fügerichtung bei der Befestigung des Wälzlagers am Bauteil schräg nach innen oder außen. Durch den schrägen Verlauf der Vertiefung wird erreicht, dass der plastisch fließende Werkstoff kontinuierlich tiefer in das Material des Lagerringes verdrängt wird und an den Grenzflächen der Vertiefung radial nach innen bzw. außen abgeleitet wird.

Ist an einer radialen Umfangsfläche eines Lagerrings zumindest ein vorstehendes Sicherungselement vorgesehen, das zur Verdrehsicherung des Lagerrings formschlüssig in den das Bauteil bildenden Werkstoff einformbar ist, kann dadurch erreicht werden, dass das Wälzlager in einer einfachen linear gerichteten Fügebewegung in Axialrichtung des Wälzlagers sowohl radial als auch axial in seiner Lage gesichert werden kann. Die radiale Verdrehsicherung wird dabei durch die Einformung des Sicherungselements in das Bauteil realisiert.

Das Sicherungselement zur Verdrehsicherung kann insbesondere in der Art einer ringförmigen Rändelung mit sich in Axialrichtung des Wälzlagers erstreckenden Rändelelementen ausgebildet sein.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wälzlager vor der Befestigung an einem Bauteil im Querschnitt;

Fig. 2 das Wälzlager gemäß Fig. 1 nach der Befestigung am Bauteil im Querschnitt.

Das in Fig. 1 dargestellte Wälzlager 1 ist aus einem inneren Lagerring 2, einem äußeren Lagerring 3 und zwischen den Lagerringen 2 und 3 angeordneten, in der Art von Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern 4 aufgebaut.

Zur Befestigung des Wälzlagers 1 in einer Gehäusebohrung 5 eines Gehäuses 6 wird das Wälzlager 1 in einer durch den Bewegungspfeil 7 schematisch angedeuteten axial gerichteten Fügebewegung in die Gehäusebohrung 5 eingepresst. Dazu wird eine einfache, in Fig. 1 und 2 nicht dargestellte Presseinrichtung verwendet.

Am äußeren Lagerring 3 ist ein sich radial nach außen erstreckender Flansch 8 angeformt, der mit einer Anlagefläche 9 am Gehäuse 6 zur Anlage kommen kann. Durch den Flansch 8 wird die Lage des Wälzlagers 1 in einer Richtung, bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform nach unten, axial gesichert. Um auch ein Zurückziehen des Wälzlagers 1 aus der Gehäusebohrung 5 zuverlässig ausschließen zu können und somit im Endergebnis eine axiale Lagesicherung des Wälzlagers in beide Axialrichtungen zu gewährleisten, ist im Übergangsbereich zwischen dem Flansch 8 und der radialen Umfangsfläche 10 des äußeren Lagerrings 3 eine Vertiefung 11 in den Lagerring 3 eingearbeitet. Die Vertiefung 11 ist in der Art einer geschlossen umlaufenden, ringförmigen Nut ausgebildet und erstreckt sich relativ zur Fügerichtung 7 schräg nach innen in das Material des Lagerrings 3.

Die Funktion der Vertiefung 11 bei der axialen Lagesicherung des Wälzlagers 1 ist aus Fig. 2 ersichtlich. Durch Aufpressen des äußeren Lagerrings 3 in die Gehäusebohrung 5 wird der Werkstoff des Gehäuses 6 im Kantenbereich der Gehäusebohrung 5 in einen Spannungszustand versetzt, so dass der Werkstoff plastisch verformt wird und in die Vertiefung 11 des Lagerrings 3 einfließt. Um den Aufbau des für das Fließen des Werkstoffs des Gehäuses 6 erforderlichen Spannungszustand zu erleichtern, ist in der axialen Anlagefläche 9 des Flansches 8 ein keilförmiges Stempelelement 12 angeformt. Die Spitze des Stempelelements 12 dringt in den Werkstoff des Gehäuses 6 ein und verdrängt den Werkstoff aus diesem Bereich in die Vertiefung 11 hinein.

Um auch ein Verdrehen des äußeren Lagerringes 3 relativ zum Gehäuse 6 auszuschließen, ist an der radialen Umfangsfläche 10 des Lagerrings 3 eine kreisringförmige Rändelung 13 vorgesehen. Die sich in Axialrichtung des Wälzlagers 1 linear erstreckenden Rändelelemente der Rändelung 13 werden beim axialen Einpressen des äußeren Lagerrings 3 in die Gehäusebohrung 5 in den Werkstoff des Gehäuses 6 eingeformt. Durch den Formschluss zwischen dem Gehäuse 6 und der Rändelung 13 ist das Verdrehen des äußeren Lagerrings 3 relativ zum Gehäuse 6 nach der Montage ausgeschlossen.

Bezugszeichen

1

Wälzlager

2

innerer Lagerring

3

äußerer Lagerring

4

Wälzkörper

5

Gehäusebohrung

6

Gehäuse

7

Bewegungspfeil (Fügebewegung)

8

Flansch

9

Anlagefläche (Flansch)

10

radiale Umfangsfläche (äußerer Lagerring)

11

Vertiefung (äußerer Lagerring)

12

Stempelelement

13

Rändelung

Claims

1. Wälzlager (1) mit einem inneren Lagerring (2) und einem äußeren Lagerring (3) und mehreren zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneten Wälzkörpern (4), wobei einer der Lagerringe (3) zur Sicherung der Lage des Wälzlagers (1) in Axialrichtung formschlüssig an einem anderen Bauteil (6) fixierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der Lagerringe (3) eine Vertiefung (11) vorgesehen ist, in die zur Herstellung des Formschlusses zwischen Bauteil (6) und Wälzlager (1) der das Bauteil (6) bildende Werkstoff zumindest stückweise plastisch einfließen kann, an dem die Vertiefung (11) aufweisenden Lagerring (3) ein sich radial nach außen oder innen erstreckender Flansch (8) angeformt ist, der mit einer Anlagefläche (9) in Axialrichtung am Bauteil (6) zur Anlage kommen kann, wobei die Vertiefung (11) zur axialen Fixierung des Wälzlagers (1) im Übergang zwischen einer radialen Umfangsfläche (10) des Lagerrings (3) und der Anlagefläche (9) des Flansches (8) angeordnet ist und an der Anlagefläche (9) des Flansches (8) ein vorstehendes Stempelelement (12) angeformt ist, mit dem bei Aufbringung eines ausreichenden Drucks zwischen Flansch (8) und Bauteil (6) der das Bauteil (6) bildende Werkstoff zumindest stückweise in die Vertiefung (11) verdrängt werden kann.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stempelelement (12) keilförmig ausgebildet ist.

3. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (11) in der Art einer, insbesondere geschlossen umlaufenden, ringförmigen Nut ausgebildet ist.

4. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung (11) relativ zur axialen Fügerichtung (7) bei der Befestigung des Wälzlagers (1) am Bauteil (6) schräg nach innen oder außen in den Lagerring (3) erstreckt.

5. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einer radialen Umfangsfläche (10) eines Lagerrings (3) zumindest ein vorstehendes Sicherungselement (13) vorgesehen ist, das zur Verdrehsicherung des Lagerrings (3) formschlüssig in den das Bauteil (6) bildenden Werkstoff einformbar ist.

6. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (13) in der Art einer, insbesondere geschlossen umlaufenden, ringförmigen Rändelung ausgebildet ist.

7. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (6) in der Art eines Gehäuses mit einer Gehäusebohrung (5) zur Aufnahme des Wälzlagers (1) ausgebildet ist.

8. Verfahren zur formschlüssigen axialen Fixierung eines Wälzlager (1) mit einem inneren Lagerring (2) und einem äußeren Lagerring (3) und mehrere zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneten Wälzkörpern (4) an einem Bauteil (6), dadurch gekennzeichnet, dass
einer der Lagerringe (3) des Wälzlagers (1) in einer aalen Fügebewegung (7) mit einer axialen Anlagefläche (9), an der ein Stempelelement (12) angeformt ist, am Bauteil (6) zur Anlage gebracht wird,
der Lagerring (3) so stark axial gegen das Bauteil (06) gepresst wird, bis der das Bauteil (6) bildenden Werkstoff bereichsweise plastisch zu fließen beginnt,
der Druck zwischen Bauteil (6) und Lagerring (3) solange aufrechterhalten wird, bis der das Bauteil (6) bildenden Werkstoff zumindest soweit in eine Vertiefung (11) am Lagerring (3) eingeflossen ist, dass aufgrund der plastischen Verformung des Bauteils (6) eine dauerhafte formschlüssige Verbindung zwischen Lagerring (3) und Bauteil (6) gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (3) während der aalen Fügebewegung (7) mit zumindest einem vorstehenden Sicherungselement (11), insbesondere einer sich in Axialrichtung erstreckenden Rändelung, zur Verdrehsicherung des Lagerrings (3) formschlüssig in den das Bauteil (06) bildenden Werkstoff eingeformt wird.