DE102018112331A1

DE102018112331A1 - Lageranordnung und Verfahren zu deren Radialspieleinstellung

Info

Publication number: DE102018112331A1
Application number: DE102018112331.0A
Authority: DE
Inventors: Elmar Mause; Harry Fritz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2019-11-28

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Lageranordnung umfassend ein Lagergehäuse (1), ein zweireihiges Schrägkugellager (3, 3') mit einem Außenring und eine darin in X-Anordnung gelagerte Welle (4), auf der die Lagerkugeln (8) innenringfrei abwälzen, wobei der Außenring in einer Gehäusebohrung (2) des Lagergehäuses eingepresst ist und zwei miteinander gefügte Außenringteile (5, 5', 6, 6') hat, in denen jeweils eine der Kugelreihen abwälzt. Der Pressverband des Außenrings soll über den Kontakt der Außenmantelflächen beider Außenringteile mit der Gehäusebohrung hergestellt sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung umfassend ein Lagergehäuse, ein zweireihiges Schrägkugellager mit einem Außenring und eine darin in X-Anordnung gelagerte Welle, auf der die Lagerkugeln innenringfrei abwälzen, wobei der Außenring in einer Gehäusebohrung des Lagergehäuses eingepresst ist und zwei miteinander gefügte Außenringteile hat, in denen jeweils eine der Kugelreihen abwälzt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Einstellung des radialen Lagerspiels eines Schrägkugellagers der Lageranordnung.
Die zweiteilige Ausführung von Lagerringen ist eine bekannte Möglichkeit, die ansonsten montagebedingt begrenzte Anzahl der Lagerkugeln einer Kugelreihe und damit die Tragzahl des Kugellagers zu erhöhen.
Ein Wasserpumpenlager mit einem Schrägkugellager der eingangs genannten Art ist aus der DE 2 124 247 A1 bekannt. Der Außenring des Schrägkugellagers besteht aus zwei dünnwandigen Hülsen, die ineinander gesteckt und fest miteinander verbunden sind. Die Hülsen bilden jeweils die Außenlaufbahn für eine der Kugelreihen, so dass die Wandstärke jeder Außenlaufbahn nur so groß wie die Wandstärke der zugehörigen Hülse ist. Die Dünnwandigkeit des Außenrings im Bereich der Außenlaufbahnen hat erhebliche Einschränkungen der Lagersteifigkeit zur Folge.
Aus der US 3,958,847 gehen zweireihige Schrägkugellager in X-Anordnung und in O-Anordnung mit massiven Außenringen und Innenringen hervor. Im Falle der X-Anordnung ist der Außenring zweiteilig, wobei die beiden Außenringteile axial aneinander liegen und umfänglich mittels eines Klebebands aneinander fixiert sind. Der Nachteil dieser Lageranordnungen besteht in der Existenz der Innenringe, die den radialen Bauraumbedarf der Lageranordnung erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst kompakt bauende Lageranordnung der eingangs genannten Art anzugeben. Die Lageranordnung soll insbesondere als Wasserpumpenlagerung eines Fahrzeugs mit alleinigem oder zusätzlichem Elektroantrieb ausgebildet sein, die in einem oder mehreren dezentralen Kühlkreisläufen des Fahrzeugs angeordnet und gegenüber herkömmlichen Wasserpumpenlagerungen im Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors deutlich verkleinert ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 8.
Vorrichtungsseitig soll der Pressverband des Außenrings über den Kontakt der Außenmantelflächen beider Außenringteile mit der Gehäusebohrung hergestellt sein. Diese konstruktive Ausgestaltung des Außenrings mit axial gefügten Außenringteilen ermöglicht es, die Außenringteile im Hinblick auf die erforderliche Steifigkeit der Außenlaufbahnen ausreichend massiv und dabei ohne Bauraum erhöhende Wandstärkendopplung zwischen den Laufbahnen gemäß dem eingangs zitierten Stand der Technik auszuführen.
Verfahrensseitig soll das radiale Lagerspiel eines derartigen Schrägkugellagers dadurch eingestellt werden, dass das Lagerspiel durch die Einstellung eines Axialspalts zwischen den einander zugewandten Axialstirnseiten der Außenringteile eingestellt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Figuren, in denen zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Lageranordnung jeweils im Längsschnitt dargestellt sind. Es handelt sich um Wasserpumpenlagerungen, die gegenüber bekannten Wasserpumpenlagern von Verbrennungsmotoren miniaturisiert sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1: das erste Ausführungsbeispiel,
2: das zweite Ausführungsbeispiel.

Die in 1 dargestellte Lageranordnung umfasst ein Lagergehäuse 1 mit einer Gehäusebohrung 2, ein zweireihiges Schrägkugellager 3 und eine gemäß der eingezeichneten Druckwinkellinien in X-Anordnung darin gelagerte Welle 4, die ein Flügelrad der Wasserpumpe antreibt. Das Schrägkugellager 3 hat einen in der Gehäusebohrung 2 eingepressten Außenring mit zwei axial miteinander gefügten Außenringteilen 5 und 6, die jeweils eine der Außenlaufbahnen 7 für die Lagerkugeln 8 der beiden Kugelreihen bilden. Der Pressverband des Außenrings ist über den Kontakt der Außenmantelflächen beider Außenringteile 5, 6 mit der Gehäusebohrung 2 hergestellt. Die Außenringteile 5, 6 sind axial spiegelsymmetrisch angeordnete Gleichteile, deren dem größten Durchmesser der Außenlaufbahnen 7 entsprechende Durchmessererweiterungen 9 einander zugewandt sind.
Das Schrägkugellager 3 hat zugunsten des radialen Bauraumbedarfs keinen Innenring, so dass die Lagerkugeln 8 auf Innenlaufbahnen 10 abwälzen, die unmittelbar in der Welle 4 eingearbeitet sind. Jede Kugelreihe hat sechs in einem Lagerkäfig 11 gehalterte Lagerkugeln 8, so dass der Lagerfüllwinkel zugunsten einer hohen Tragzahl deutlich größer als 190° ist und idealerweise 360° beträgt. Der an die Innenlaufbahnen 10 angrenzende Durchmesser Dw der Welle 4 beträgt vorliegend 4,4 mm, und der Durchmesser D_K der Lagerkugeln 8 beträgt 2,8 mm. Das Verhältnis D_K / Dw beträgt damit ca. 0,64, wobei für das Verhältnis allgemein gelten soll: D_K / Dw □ 0,5.
Die Montage des Schrägkugellagers 3 erfolgt durch Aufsetzen der Lagerkäfige 11 auf die Innenlaufbahnen 10 der Welle 4 und anschließendes Aufschieben der Außenringteile 5, 6 über die befüllten Lagerkäfige 11, wobei sich die einander zugewandten Axialstirnseiten 12 und 13 der Außenringteile 5 bzw. 6 einander annähern. Die Außenringteile 5, 6 werden anschließend miteinander gefügt, wobei der Fügeverband im Sinne einer provisorischen Fixierung stoffschlüssig mittels eines Doppelklebebands 14 oder alternativ mittels einer Kleberaupe aus Flüssigkleber hergestellt wird. Das Doppelklebeband 14 wird vor dem Fügen auf eine der beiden Axialstirnseiten 12, 13 geklebt und verbindet nach dem Fügen beide Axialstirnseiten 12, 13 miteinander. Das so montierte Schrägkugellager 3 wird anschließend unter vollständiger Zentrierung des Außenrings in die Gehäusebohrung 2 eingepresst.
Die Stärke des Doppelklebebands 14 ist vorzugsweise möglichst klein, um beim Einpressen des Außenrings elastisch bedingte Änderungen des axialen Spaltmaßes zwischen den Axialstirnseiten 12, 13 und damit einhergehend Änderungen des radialen Lagerspiels der Lagerkugeln 8 zu minimieren, das mit der Klebebandstärke unmittelbar korreliert. Die Klebebandstärke kann entweder einheitlich oder variabel dahingehend sein, dass die das radiale Lagerspiel beeinflussenden Ist-Maße der Lagerbauteile individuell ermittelt werden und darauf basierend ein Doppelklebeband 14 mit einer hinsichtlich des einzustellenden Soll-Lagerspiels abgestimmten Klebebandstärke einer Sortierung entnommen und zugepaart wird.
2 zeigt das zweite Beispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung mit einem
Schrägkugellager 3'. Diese Anordnung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausführung der (ungleichen) Außenringteile 5' und 6', die in diesem Fall an zylindrischen Vorsprüngen 15 bzw. 16 an den einander zugewandten Axialstirnseiten 12 bzw. 13 zusammengesteckt sind. Die axiale Überlappung der Außenringteile 5', 6' an den Vorsprüngen 15, 16 erleichtert die Einstellung des radialen Lagerspiels nach dem Aufschieben der Außenringteile 5', 6' über die befüllten Lagerkäfige 11. Das nachträgliche Einstellen des Lagerspiels erlaubt die kostengünstigere Bauteilherstellung mit größeren Fertigungstoleranzen und wird grundsätzlich durch die Einstellung des Axialspalts zwischen den einander zugewandten Axialstirnseiten 12, 13 der Außenringteile 5', 6' wie folgt vorgenommen:

- Zunächst werden die zusammengesteckten Außenringteile 5', 6' in eine gegenseitige Position zusammengeschoben, in der die beiden Kugelreihen gerade axialspielfrei sind. Die Ermittlung dieser Position kann beispielsweise durch Messung der Kraft oder der Kraftänderung am Verschiebewerkzeug erfolgen. Alternativ ist ein vertikales Zusammenschieben unter dem bloßen Einfluss der Schwerkraft ohne Kraftmessung möglich.
- Anschließend werden die Außenringteile 5', 6' aus der zusammengeschobenen Position um einen vorbestimmten Weg auseinander gezogen. Dieser Weg korreliert mit dem radialen Lagerspiel des noch nicht in der Gehäusebohrung 2 eingepressten Schrägkugellagers 3'.
- Daraufhin werden die Außenringteile 5', 6' in der auseinandergezogenen Position miteinander gefügt, wobei auch in diesem Fall der Fügeverband provisorischen Charakter hat. Das Fügen kann beispielsweise durch Befüllung des eingestellten Axialspalts zwischen den einander zugewandten Axialstirnseiten 12, 13 der Außenringteile 5', 6' mit einem Material erfolgen, das die Axialstirnseiten 12, 13 stoffschlüssig miteinander fügt. Als Material, das in 2 nur schematisch eingezeichnet und mit 17 bezeichnet ist, kommen unter anderem Flüssigkleber, eingespritzter Kunststoff oder mittels additiven Verfahren (3D-Druck) eingebrachte Kunststoffe oder Metalle in Betracht. Alternativ besteht die Möglichkeit, eine stoffschlüssige Verbindung 18 der Außenringteile 5', 6' im axialen Überlappungsbereich der Vorsprünge 15, 16 herzustellen, indem diese miteinander verklebt, verlötet oder verschweißt werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2124247 A1 [0003]
US 3958847 [0004]

Claims

Lageranordnung umfassend ein Lagergehäuse (1), ein zweireihiges Schrägkugellager (3, 3') mit einem Außenring und eine darin in X-Anordnung gelagerte Welle (4), auf der die Lagerkugeln (8) innenringfrei abwälzen, wobei der Außenring in einer Gehäusebohrung (2) des Lagergehäuses (1) eingepresst ist und zwei miteinander gefügte Außenringteile (5, 5', 6, 6') hat, in denen jeweils eine der Kugelreihen abwälzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressverband des Außenrings über den Kontakt der Außenmantelflächen beider Außenringteile (5, 5', 6, 6') mit der Gehäusebohrung (2) hergestellt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Axialstirnseiten (12, 13) der Außenringteile (5, 5', 6, 6') stoffschlüssig miteinander gefügt sind.
Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss der Außenringteile (5, 6) durch ein auf deren Axialstirnseiten (12, 13) aufgeklebtes Doppelklebeband (14) hergestellt ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringteile (5, 6) Gleichteile sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Axialstirnseiten (12, 13) der Außenringteile (5', 6') zylindrische Vorsprünge (15, 16) haben, mittels denen die Außenringteile (5', 6') zusammengesteckt sind.
Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Axialstirnseiten (12, 13) der Außenringteile (5', 6') durch einen Axialspalt voneinander beabstandet sind, der mit einem die Axialstirnseiten (12, 13) stoffschlüssig miteinander fügenden Material (17) befüllt ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kugelreihen jeweils sechs oder mehr Lagerkugeln 8 umfassen, wobei für den Durchmesser D_K der Lagerkugeln (8) und den Durchmesser Dw der an die Innenlaufbahnen (10) der Lagerkugeln (8) angrenzenden Abschnitte der Welle (4) die Beziehung gilt: D_K / D_W □ 0,5.
Verfahren zur Einstellung des radialen Lagerspiels eines Schrägkugellagers (3, 3') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerspiel durch die Einstellung eines Axialspalts zwischen den einander zugewandten Axialstirnseiten (12, 13) der Außenringteile (5, 5', 6, 6') eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 soweit auf Anspruch 5 oder 6 rückbezogen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: - Zusammenschieben der zusammengesteckten Außenringteile (5', 6') in eine gegenseitige Position, in der die beiden Kugelreihen axialspielfrei sind, - Auseinanderziehen der Außenringteile (5', 6') um einen vorbestimmten Weg aus der zusammengeschobenen Position, - Fügen der Außenringteile (5', 6') in der auseinandergezogenen Position.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen der Außenringteile (5', 6') durch Befüllen des Axialspalts mit einem Material (17) erfolgt, das die Axialstirnseiten stoffschlüssig miteinander fügt.