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Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung und als dessen Bestandteil ein Halteelement zur axialen und radialen Festlegung eines Wälzlagers auf einer Bauteilfläche zwecks drehbarer Lagerung einer Welle oder Achse am Bauteil, bestehend aus dem lagertragenden Bauteil, einem Wälzlager, einem Halteelement und wenigstens drei Befestigungselementen, vorzugsweise Schrauben.
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Hintergrund der Erfindung:
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Zur Aufnahme von Wälzlagern an ihren Wälzlageraußenringen werden üblicherweise:
- a) einbaufertige Lagereinheiten (z. B. Steh- oder Flanschlagereinheiten) verwendet, oder
- b) entsprechende lageraufnehmende Geometrien (Gehäuse) im lagertragenden Bauteil hergestellt.
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Lagereinheiten bestehen im Wesentlichen aus einem Wälzlager und einem Gehäuse. Das Gehäuse verfügt über eine entsprechende Bohrung, die das Wälzlager an seinem Wälzlageraußenring aufnimmt und dieses in radialer und üblicherweise auch axialer Richtung festlegt.
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Darüber hinaus verfügt das Gehäuse über Befestigungsbohrungen und eine ebene Anlagefläche zwecks Befestigung an einem Bauteil.
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Der Vorteil bei der Verwendung einbaufertiger Lagereinheiten ist folglich, dass Konstruktion und Bearbeitung der an der Lagerung beteiligten Teile einfacher gehalten werden können, insbesondere da die Notwendigkeit zur Konstruktion und Herstellung eines Gehäuses als Sitz des Lageraußenringes entfällt.
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Lagereinheiten haben jedoch den Nachteil eines recht hohen Platzbedarfes, vor allem in radialer Richtung.
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Dies begründet sich durch das das Wälzlager umgebende Gehäusematerial zzgl. dem Platzbedarf der Bohrungen für Befestigungsschrauben.
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Zudem sind Lagereinheiten i. a. teurer, als das Wälzlager an sich. Desweiteren weisen die meisten Lagereinheiten einen sphärischen Sitz des Wälzlageraußenrings auf, das heißt, das Wälzlager kann sich sphärisch innerhalb des Gehäuses verdrehen. Für eine Lagerung mit nur einer Lagerstelle ist eine Lagereinheit daher nicht gut geeignet, da eine einfach gelagerte Welle bzw. Achse samt Wälzlager im Gehäuse verkippen kann.
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Bei Herstellung einer Geometrie (Gehäuse) zur Aufnahme eines Wälzlagers an seinem Wälzlageraußenring im lagertragenden Bauteil ist i. a. zu beachten, dass der empfehlungsgemäße Einbau von Wälzlagern recht hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit der Gehäusebohrung stellt und dass darüber hinaus zumeist gestufte Geometrien erforderlich sind, die der axialen Sicherung des Wälzlagers dienen, wie z. B. Anschlagschultern, Nuten für Sicherungsringe, Gewinde o. dgl.
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Zur Herstellung dieser Geometrien am lageraufnehmenden Bauteil wird häufig auf spanabhebende Herstellverfahren zurückgegriffen, z. B. Drehen, Fräsen, Bohren oder Reiben, ggf. auch Schleifen oder Hohnen.
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Spanabhebende Herstellverfahren sind jedoch verhältnismäßig kostenintensive Prozesse. Für Konstruktionen, die aufgrund hohen Kostendrucks einfach gehalten werden sollen, kommt daher die Herstellung von Gehäusegeometrien im lagertragenden Bauteil mittels spanabhebender Herstellverfahren oftmals nicht in Frage.
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Voraussetzung zur Herstellung entsprechender Gehäusegeometrien ist zudem, dass das Bauteil an der entsprechenden Stelle über eine ausreichende Materialdicke verfügt. Soll das Wälzlager komplett im Bauteil aufgenommen und durch gestufte Geometrien, wie Anschlagschultern oder Nuten für Sicherungsringe, in axialer Richtung lagegesichert werden, so ist die erforderliche Materialdicke des Bauteils in jedem Falle größer, als die Breite des Wälzlagers an sich.
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Insbesondere bei Blechkonstruktionen ist es aufgrund der Materialdicke oftmals nicht möglich, eine gestufte Gehäusegeometrie im Bauteil herzustellen und damit nicht möglich, ein Wälzlager im Bauteil aufzunehmen.
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Aufgabe der Erfindung:
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Der im Folgenden beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zu schaffen, bei der auf eine aufwendige Herstellung einer maßgenauen Gehäusebohrung im Bauteil zur Aufnahme des Wälzlageraußenrings und darüber hinaus auf die Herstellung von gestuften Geometrien zur axialen Sicherung des Wälzlagers im Bauteil verzichtet werden kann und bei der die Materialdicke des Bauteils unabhängig von der Breite des Wälzlagers gewählt werden kann. Desweiteren soll eine möglichst kompakte und damit platzsparende Lageranordnung geschaffen werden. Die Komponenten der Lageranordnung sollen zudem kostengünstig herstellbar sein.
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Aufgabenlösung durch die Erfindung:
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, dass der Wälzlageraußenring des Wälzlagers mithilfe eines Halteelements und wenigstens drei Befestigungselementen, vorzugsweise Schrauben, zwischen Halteelement und Bauteilfläche festgeklemmt wird. Lagertragendes Bauteil und Halteelement verfügen über einen vorzugsweise zentralen Durchbruch, der ein, zumindest teilweises, Durchführen einer Welle oder Achse ermöglicht und vor allem Kontakt zwischen Bauteil bzw. Halteelement und dem sich relativ dazu drehenden Wälzlagerinnenring vermeidet. Bauteil und Halteelement verfügen jeweils über wenigstens drei Befestigungsbohrungen zum Einbringen der Befestigungselemente. Die Positionen der Befestigungsbohrungen in Bauteil und Halteelement korrespondieren zueinander und sind derart gewählt, dass das Wälzlager mit der äußeren Zylinderfläche des Wälzlageraußenrings an wenigstens drei Befestigungselementen tangential anliegt, wodurch das Wälzlager in radialer Richtung in einer definierten Lage positioniert ist.
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Erreichte Vorteile der Erfindung:
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Durch die radiale Lagepositionierung des Wälzlagers über die Befestigungselemente verbunden mit dem Klemmen des Wälzlageraußenrings zwischen Halteelement und Bauteilfläche wird vorteilhaft erreicht, dass die Notwendigkeit zur Herstellung einer maßgenauen Gehäusebohrung zur Aufnahme des Wälzlageraußenrings im Bauteil entfällt. Durch das Klemmen des Wälzlageraußenrings zwischen Halteelement und Bauteilfläche, wird, gegenüber einer Anbringung des Wälzlagers im Bauteil, zum einen vorteilhaft erreicht, dass die Notwendigkeit zur Herstellung von gestuften Geometrien zur axialen Sicherung des Wälzlagers, wie z. B. eine Anschlagschulter oder eine Nut für einen Sicherungsring, entfällt. Zum anderen wird dadurch vorteilhaft erreicht, dass die Materialdicke des Bauteils nicht abhängig ist von der Breite des Wälzlagers. Letzteres begünstigt die Verwendung der Lageranordnung in Blechkonstruktionen.
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Aufgrund der ungestuften Geometrie der Durchbrüche im Bauteil, der geringeren Anforderungen an die Maßhaltigkeit der Durchbrüche und aufgrund der Möglichkeit zur Verwendung einer geringeren Materialdicke für das Bauteil kann für die Herstellung der Durchbrüche im Bauteil auf kostengünstigere Fertigungsverfahren, wie Lasertrennschneiden, Brennen oder Stanzen anstelle spanabhebender Verfahren zurückgegriffen werden. Je nach Ausgestaltung gilt dies in gleicher Weise für das Halteelement, für das aufgrund der genormten Abmessungen der Wälzlager auch Kostenvorteile durch Massenfertigung nutzbar sind.
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Bedingt durch die direkte Anordnung der Befestigungselemente am Wälzlageraußenring, weist die Lageranordnung einen recht kompakten Aufbau auf und ist im Vergleich zu einer handelsüblichen, einbaufertigen Lagereinheit insbesondere in radialer Richtung platzsparender. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass das Halteelement günstiger herstellbar ist, als das Gehäuse einer Lagereinheit.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung:
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Als konstruktiv einfache Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Halteelement als ebene und ungestufte Scheibe ausgebildet ist.
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Die Außenkontur des Halteelements kann prinzipiell beliebig ausgeführt sein. Als sinnvolle Ausgestaltung kann insbesondere die Kreisform, die Dreiecks- oder Rechtecksform oder eine vorzugsweise entsprechend der Anzahl an Befestigungsbohrungen mehreckige Form oder eine Kombination dieser Formen, wie beispielsweise eine dreieckige Ausgestaltung mit abgerundeten Ecken, vorgesehen sein.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Befestigungsmittel als Schrauben ausgebildet sind, wobei je nach Ausführung der Schraubverbindung die Schrauben durch Durchgangsbohrungen im Halteelement geführt und in korrespondierende Gewindebohrungen im Bauteil eingeschraubt werden, oder/und umgekehrt durch Durchgangsbohrungen im Bauteil geführt und in korrespondierende Gewindebohrungen im Halteelement eingeschraubt werden oder/und durch korrespondierende Durchgangsbohrungen in Halteelement und Bauteil geführt und durchführseitig in Muttern eingeschraubt werden, um so Halteelement und Wälzlager am Bauteil zu befestigen.
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Um den Fertigungsaufwand und/oder den Aufwand zum Einbringen der Befestigungselemente und damit die Montagezeit gering zu halten, kann die Erfindung sinnvollerweise reduziert sein auf jeweils drei Befestigungsbohrungen in Halteelement und Bauteil.
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Die zueinander korrespondierenden Befestigungsbohrungen in Halteelement und Bauteil können vorteilhafterweise gleichmäßig verteilt auf einem Kreisumfang angeordnet sein. So ist sichergestellt, dass bei einer beliebigen Zuordnung einer Befestigungsbohrung im Halteelement zu einer Befestigungsbohrung im Bauteil stets auch die anderen Befestigungsbohrungen im Halteelement passend zu den Befestigungsbohrungen im Bauteil ausgerichtet werden können.
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Generell kann keine Fertigungstechnik genau fertigen. Jedes Fertigungsteil ist Fertigungstoleranzen unterworfen und weicht mehr der weniger, je nach zugestandener Fertigungstoleranz und angewendetem Fertigungsverfahren, von vorgegebenen Nennmaßen ab. Dies gilt naturgemäß ebenso für alle Komponenten der hier beschriebenen Lageranordnung. Folglich ist, wie in Anspruch 1 geschrieben, der Fall, dass das Wälzlager mit der äußeren Zylinderfläche des Wälzlageraußenrings tangential an wenigstens drei Befestigungselementen anliegt, eher als idealer Ausführungsfall zu sehen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass zwischen Wälzlageraußenring und einem, mehreren oder sämtlichen Befestigungselement(en) ein tangentialer Abstand(Spiel) besteht, wobei dieser 0,6 mm nicht überschreitet.
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Aus vorgenannten Gründen sieht ein weiteres Ausbildungsbeispiel der Erfindung vor, dass zwischen Wälzlageraußenring und einem, mehreren oder sämtlichen Befestigungselement(en) eine leichte Geometrieüberschneidung (Übermaß) besteht. Bei Montage hat diese Geometrieüberschneidung eine gewisse Formveränderung einer oder mehrerer an der Lageranordnung beteiligten Komponenten zur Folge. Die Geometrieüberschneidung kann maximal so groß ausgestaltet sein, dass Montierbarkeit und Funktion der Lageranordnung gegeben bleiben.
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Prinzipiell legt der Aufbau der Lageranordnung nicht fest, welche Komponenten eine Drehbewegung ausführen und welche Komponenten fest stehen. So lässt sich der in Anspruch 1 beschriebene Fall, dass die Welle oder Achse drehbar im Wälzlager am Bauteil gelagert ist, auch umkehren. So sieht eine alternative Variante der Erfindung entsprechend vor, dass die Welle oder Achse mit dem Wälzlagerinnenring fest steht und das Bauteil mit Wälzlageraußenring, Befestigungselementen und Halteelement drehbar auf der Welle oder Achse gelagert ist.
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Entsprechend sieht eine weitere alternative Variante der Erfindung vor, dass Welle oder Achse samt Wälzlagerinnenring drehbar, als auch das Bauteil mit Wälzlageraußenring, Befestigungselementen und Halteelement drehbar sind.
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Eine fertigungstechnisch aufwendigere, jedoch montagefreundliche Variante zur Ausgestaltung des Halteelements sieht vor, dass das Halteelement über eine zylindrische oder segmentweise zylindrische, vorzugsweise zentral angeordnete, Vertiefung verfügt. Die Tiefe dieser Vertiefung ist dabei kleiner als die Breite des Wälzlageraußenrings, und ihr Innendurchmesser ist dabei derart bemessen, dass sich das Halteelement ohne bzw. mit geringem Kraftaufwand über den Wälzlageraußenring des Wälzlagers schieben lässt, bis der Wälzlageraußenring mit seiner kreisringförmigen Stirnfläche im Grund der Vertiefung anliegt. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass auf diese Weise Halteelement und Wälzlager bereits vor Einbringen der Befestigungselemente koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von gezeichneten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1a) ein Ausführungsbeispiel in Frontalansicht mit Blickrichtung parallel zur Rotationsachse,
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1b) ein Ausführungsbeispiel gemäß 1a) in geschnittener Seitenansicht, mit Schnitt längs der Rotationsachse gemäß in 1a) angegebener Schnittebene,
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1c) ein Ausführungsbeispiel gemäß 1a) und 1b) in geschnittener Frontalansicht, mit Schnitt quer zur Rotationsachse gemäß in 1b) angegebener Schnittebene,
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1d) eine Detailansicht einer Variante auf Grundlage des Ausführungsbeispiels gemäß 1a), 1b), 1c),
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1e) eine Detailansicht einer weiteren Variante auf Grundlage des Ausführungsbeispiels gemäß 1a), 1b), 1c),
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1f) eine Detailansicht einer weiteren Variante auf Grundlage des Ausführungsbeispiels gemäß 1a), 1b), 1c),
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2) ein weiteres Ausführungsbeispiel in geschnittener Seitenansicht, mit Schnitt längs der Rotationsachse,
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3) ein weiteres Ausführungsbeispiel in geschnittener Seitenansicht, mit Schnitt längs der Rotationsachse,
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4a) ein Ausführungsbeispiel ähnlich 1a) bis 1f) jedoch mit einer Ausführungsvariante des Halteelements, und
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4b) eine dreidimensionale Ansicht der Variante des Halteelements aus 4a).
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:
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1a) bis f) zeigt eine Ausführungsvariante der Lageranordnung mit scheibenförmig ausgebildetem Halteelement 4, das einen, vorzugsweise zentralen und kreisförmigen, Durchbruch 4e und drei auf Kreisumfang 4d angeordnete Befestigungsbohrungen 4a, die hier als Durchgangsbohrungen 4b ausgeführt sind, aufweist.
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Das Bauteil 2 verfügt auf der Lageranordnung zugewandten Seite über eine, zumindest im Bereich der Lageranordnung, ebene Bauteilfläche 2f, desweiteren über einen, vorzugsweise zentralen und kreisförmigen, Durchbruch 2e und über drei gleichmäßig verteilt auf Kreisumfang 2d angeordnete Befestigungsbohrungen 2a, die hier als Gewindebohrungen 2c ausgeführt sind und in ihrer Lage und Größe zu den Befestigungsbohrungen 4a im Halteelement 4 passen.
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Bei dem Wälzlager 1 handelt es sich in diesem Beispiel um ein Rillenkugellager, prinzipiell können jedoch auch andere Wälzlagertypen zum Einsatz kommen, wie z. B. Pendelkugellager, Zylinderrollenlager, Tonnenlager, Kegelrollenlager und weitere.
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Die Festlegung des Wälzlagers 1 erfolgt dadurch, dass durch die Durchgangsbohrungen 4b im Halteelement 4 drei als Befestigungselemente 5 fungierende Schrauben 5a, hier beispielsweise als Linsenkopfschrauben dargestellt, hindurchgeführt werden und in die Gewindebohrungen 2c des Bauteils 2 eingeschraubt werden, so dass der Wälzlageraußenring 1a des Wälzlagers 1 zwischen Halteelement 4 und Bauteilfläche 2f festgeklemmt wird. Dabei sind die Positionen der Befestigungsbohrungen 4a in Bauteil 4 und 2a im Halteelement 2 derart gewählt, dass das Wälzlager 1 mit der äußeren Zylinderfläche 1b des Wälzlageraußenrings 1a an den drei Befestigungselementen 5 tangential anliegt 6, wodurch das Wälzlager 1 in radialer Richtung in einer definierten Lage positioniert ist.
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Ein geometrisch exaktes tangentiales Anliegen 6 von Wälzlageraussenring 1a und Befestigungselement 5 beschreibt jedoch einen eher theoretischen oder idealen Zustand, da sämtliche an der Lageranordnung beteiligte Komponenten Fertigungstoleranzen unterworfen sind. Daher sehen Untervarianten der jeweiligen Ausführungsbeispiele vor, dass entweder zwischen Wälzlageraußenring 1a und einem, mehreren oder sämtlichen Befestigungselement(en) 5 ein tangentialer Abstand (Spiel) 7 besteht, der jedoch 0,6 mm nicht überschreitet oder/und dass zwischen Wälzlageraußenring 1a und einem, mehreren oder sämtlichen Befestigungselement(en) 5 eine leichte Geometrieüberschneidung (Übermaß) 8 besteht, die bei Montage eine gewisse Formveränderung einer oder mehrerer an der Lageranordnung beteiligten Komponenten zur Folge haben kann, jedoch maximal so groß ausgestaltet ist, dass Montierbarkeit und Funktion der Lageranordnung gegeben bleiben.
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Die Welle oder Achse 3 ist in dieser Ausführungsvariante mit einer Schulter und einer Nut für einen Sicherungsring dargestellt, so dass hier eine sogenannte Festlagerung dargestellt ist (sowohl Wälzlagerinnenring 1c als auch Wälzlageraußenring 1a sind in axialer Richtung festgesetzt). Generell spielt die Ausgestaltung der Welle oder Achse 3 jedoch keine Rolle für die Erfindung.
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Die Durchbrüche 2e im Bauteil 2 und 4e im Halteelement 4 ermöglichen ein zumindest teilweises Hindurchführen der Welle oder Achse 3 und vermeiden Kontakt zwischen Bauteil 2 bzw. Halteelement 4 und dem sich relativ dazu drehenden Wälzlagerinnenring 1c.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Lageranordnung. Im Gegensatz zu der in 1a) bis f) dargestellten Ausführungsvariante verfügen hier Bauteil 2 und Halteelement 4 über jeweils vier zueinander passende, gleichmäßig auf Kreisumfang verteilte Befestigungsbohrungen 2a bzw. 4a, wobei diese sowohl im Bauteil 2 als auch im Halteelement 4 als Durchgangsbohrungen 2b bzw. 4b ausgeführt sind. Die vier als Befestigungselemente 5 dienenden Schrauben 5a, hier beispielsweise als Sechskantschrauben dargestellt, werden durch die Durchgangsbohrungen 4b im Halteelement 4 und durch die Durchgangsbohrungen 2b im Bauteil 2 geführt und auf der dem Schraubenkopf gegenüberliegenden Seite in eine Mutter 5b eingeschraubt, um so den Wälzlageraußenring 1a zwischen Bauteiloberfläche 2f und Halteelement 4 festzuklemmen.
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Abweichend von der Darstellung ist ebenso denkbar, die Schraube 5a aus Richtung des Bauteils 2 einzuführen und die Mutter 5b auf der Seite des Halteelements 4 anzuordnen. Die Welle oder Achse 3 ist in dieser Darstellung beispielhaft ohne abgestufte Geometrien im Bereich des Wälzlagerinnenrings 1c gezeichnet, so dass hier eine Loslagerung dargestellt ist.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Lageranordnung. Im Gegensatz zu der in 1a) bis f) dargestellten Ausführungsvariante sind die Befestigungsbohrungen 4a im Halteelement 4 als Gewindebohrungen 4c ausgeführt, während die Befestigungsbohrungen 2a im Bauteil 2 als Durchgangsbohrungen 2b ausgeführt sind. Entsprechend sind die als Befestigungselement 5 dienenden Schrauben 5a, hier beispielsweise als Zylinderkopfschrauben dargestellt, von der Seite des Bauteils 2 her einzubringen.
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Als Wälzlager 1 ist hier als Beispiel ein zweireihiges Kugellager dargestellt, während als Welle 3 hier einfach eine hindurch geführte Schraube mit Mutter dient.
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4a) zeigt eine Lageranordnung wie in 1a) bis f) wobei jedoch das Halteelements 4 als mögliche Ausführungsvariante über eine segmentweise zylindrische, zentral angeordnete, Vertiefung 4f verfügt, dessen Tiefe kleiner ist als die Breite des Wälzlageraußenrings 1a, und dessen Innendurchmesser derart bemessen ist, dass sich das Halteelement 4 ohne bzw. mit geringem Kraftaufwand über den Wälzlageraußenring 1a des Wälzlagers 1 schieben lässt. Wie bereits beschrieben, liegt der Vorteil dieser Variante darin, dass auf diese Weise Halteelement 4 und Wälzlager 1 bereits vor Einbringen der Befestigungselemente 5 koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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4b) zeigt eine dreidimensionale Ansicht der Ausführungsvariante des Halteelements 4 aus 4a) zwecks Verdeutlichung der Vertiefung 4f.
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Alle dargestellten Ausführungsvarianten 1 bis 4 sind prinzipiell sowohl dazu geeignet, die Welle oder Achse 3 drehbar an einem feststehenden Bauteil 2 zu lagern, als auch das Bauteil 2 samt Halteelement 4 und Befestigungselementen 5 drehbar auf einer feststehenden Welle oder Achse 3 zu lagern. Darüber hinaus ist es möglich, dass sowohl Welle oder Achse 3, als auch das Bauteil 2 samt Halteelement 4 und Befestigungselementen 5 Drehbewegungen ausführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 1a
- Wälzlageraußenring
- 1b
- äußere Zylinderfläche
- 1c
- Wälzlagerinnenring
- 2
- Bauteil
- 2a
- Befestigungsbohrung
- 2b
- Durchgangsbohrung
- 2c
- Gewindebohrung
- 2d
- Kreisumfang
- 2e
- Durchbruch
- 2f
- Bauteilfläche
- 3
- Welle oder Achse
- 4
- Halteelement
- 4a
- Befestigungsbohrung
- 4b
- Durchgangsbohrung
- 4c
- Gewindebohrung
- 4d
- Kreisumfang
- 4e
- Durchbruch
- 4f
- Vertiefung
- 5
- Befestigungselement
- 5a
- Schraube
- 5b
- Mutter
- 6
- tangentiales Anliegen
- 7
- tangentialer Abstand (Spiel)
- 8
- geometrische Überschneidung (Übermaß)
