Anlaufscheibe und Radial-Axial-Lager mit einer solchen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anlaufscheibe in Form eines halbkreisförmigen Flanschringes mit wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei an ihrem radial inneren Rand in Umfangsrichtung beabstandet angeordneten, radial einwärts gerichteten Verbindungslaschen zur formschlüssigen Verbindung mit einem Radiallagerteil sowie ein Radial-Axial-Lager mit einem Radiallagerteil und einer mit diesem verbundenen Anlaufscheibe der vorgenannten Art.

Radial-Axial-Lager kommen beispielsweise im Motorenbau als Kurbelwellenlager oder dgl. zum Einsatz. Der Radiallagerteil kann als halbzylindrische Lagerschale oder als Buchse ausgebildet sein. Es sind grundsätzlich zwei Bauformen zur Verbindung der Anlaufscheibe(n) mit dem Radiallagerteil bekannt. Bei den so genannten gebauten Lagern werden der Radiallagerteil und die Anlaufscheibe mittels entsprechend ausgestalteter Laschen an der Anlaufscheibe und korrespondierender Halteöffnungen an dem Radiallagerteil miteinander formschlüssig und unverlierbar verklinkt. Ausführungsformen solcher gebauter Lager sind beispielsweise aus der DE 33 45 652 A1 oder der DE 41 40 277 A1 bekannt. Die Montage der Lager erfordert aufgrund der komplexen Zuführ- und Einklinkbewegung bzw. aufgrund zusätzlicher Arbeitsschritte, in denen die Laschen nach dem Zusammenführen der Bauteile verstemmt werden, ein spezielles Werkzeug bzw. einen speziell eingerichteten Montageautomaten. Der Zusammenbau wird deshalb nicht selten unter manuellen Eingriffen ausgeführt. Ferner weisen die Verbindungslaschen und/oder Halteöffnungen komplizierte

und damit fertigungstechnisch aufwendige Geometrien auf, die eine sichere Verbindung zwischen den beiden Bauteilen im verklinkten Zustand gewährleisten.

In der zweiten Bauform sind die Radial-Axial-Lager miteinander verschweißt. Der Radiallagerteil weist bei dieser Bauform stirnseitig Ausnehmungen auf, in welche die Verbindungslaschen der Anlaufscheibe in axialer Zuführrichtung eingesetzt werden.

Eine Lagerhalbschale weist in der Regel eine Spreizung auf, d. h. ihre Grundform ist im Gegensatz zur Anlaufscheibe nicht halbkreisförmig. Die Spreizung wird beim Einbau des Halblagers in den dafür vorgesehenen Lagersitz eines Lagergehäuses bzw. -deckeis aufgehoben. Zuvor muss die Spreizung aber auch beim Zusammenbau der Lagerschale mit der Anlaufscheibe zumindest teilweise aufgehoben werden, bis die Verbindungslaschen und die Ausnehmungen fluchten.

Da die Anlaufscheibe und die Lagerhalbschale bei dieser Bauform nach dem Zusammenführen nicht unverlierbar miteinander verbunden sind, werden sie nach dem Zusammenführen an einer oder mehreren Stellen des Außenumfangs der Lagerhalbschale stirnseitig durch Schweißen miteinander verbunden. Beispielhaft wird auf die DE-OS 25 28 576 A1 , die DE-OS 24 12 870 A1 (letztere ohne expliziten Hinweis auf eine Schweißverbindung) oder die WO 2005/090803 A1 verwiesen. Die WO 2005/090803 A1 lehrt beispielsweise einen radial einwärts gerichteten Ansatz zum Verschweißen der Anlaufscheibe mit dem Radiallagerteil an dem radial inneren Rand der Anlaufscheibe vorzusehen, wobei die Schweißverbindung als Sollbruchstelle ausgelegt ist, die im bestimmungsgemäßen Einsatz des Radial-Axial-Lagers aufbricht. Nachteilig ist, dass in all diesen Fällen eine spezielle Montagevorrichtung benötigt wird, die eine Entspreizung der

Lagerhalbschale vorsieht, und ein speziell für die axiale Zuführung der Anlaufscheibe eingerichteter Montageautomat erforderlich ist.

Ferner sind beispielsweise aus der GB 2 225 392 A Lagerschalen bekannt, die eine Verbindungslasche vorsehen, welche in Umfangsrichtung versetzt zu einer Mittellinie der Anlaufscheibe angeordnet ist, um eine versehentlich falsche Orientierung der Anlaufscheibe bei der Montage mit dem Radiallagerteil auszuschließen.

In dem vorgenannten Stand der Technik der geschweißten Radial- Axial-Lager sind alle Verbindungslaschen dergestalt radial einwärts gerichtet, dass deren in Umfangsrichtung innere und äußere Kanten näherungsweise radial verlaufen. Hierdurch bilden zumindest die in Umfangsrichtung äußeren Verbindungslaschen in bezug auf eine zur Mittellinie der Anlaufscheibe parallele Richtung Hinterschneidungen. Dies bewirkt, dass die Anlaufscheibe nur in axialer Zuführrichtung mit dem Radiallagerteil zusammengesetzt werden kann. Abweichend hiervon ist beispielsweise aus der DE 198 25 117 A1 eine Bundlagerschale mit einer Anlaufscheibe bekannt, deren äußere Verbindungslaschen parallel zur Mittellinie der Anlaufscheibe ausgerichtet sind und die in korrespondierende Halteöffnungen des Radiallagerteils eingreifen. Genauer gesagt verlaufen sowohl die der Mittellinie zugewandten Kanten als auch die von der Mittellinie abgewandten Kanten parallel zur Mittellinie. Dies erlaubt eine radiale Zuführung der Anlaufscheibe zum Zusammenbau des Radial-Axial- Lagers.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Geometrie der Anlaufscheibe dahingehend weiter zu verbessern, dass auf einfache Weise ein verbesserter Formschluss und eine verbesserte Drehmomentabstützung der Anlaufscheibe gegen das Radiallagerteil sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird durch eine Anlaufscheibe gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Radial-Axial-Lager gemäß Patentanspruch 7 gelöst.

Die Anlaufscheibe ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die in Umfangsrichtung äußeren Verbindungslaschen von der Mittellinie abgewandte Kanten (Außenkanten) aufweisen, welche radial verlaufen.

Die der gedachten Mittellinie der Anlaufscheibe zugewandten Kanten (Innenkanten) der äußeren Verbindungslaschen bilden dennoch keine Hinterschneidungen im Bezug auf eine zur Mittellinie parallele Zufϋhrrichtung.

Dies schließt Verbindungslaschen mit Geometrien ein, bei denen die der Mittellinie zugewandten Kanten bevorzugt parallel zu der Mittellinie verlaufen, nach außen verrundet oder angeschrägt sind. Das entscheidende hierbei ist, dass die der Mittellinie zugewandten Kanten der Verbindungslaschen keine Hinterschneidungen bezogen auf die Mittellinie und damit auf eine radiale Zuführrichtung entlang der Mittellinie aufweisen. Hierdurch wird ermöglicht, die Anlaufscheibe bei der Montage mit dem Radiallagerteil radial zuzuführen. Diese Bewegung ist automatisch leichter umzusetzen. Die Laschen werden so in korrespondierende Halteöffnungen des Radiallagerteils senkrecht zur Lagerachse ohne Verklinkung eingeführt und die Lagerhalbschale muss zu diesem Zweck nicht entspreizt werden.

Die erfindungsgemäße Laschengeometrie erlaubt eine ebene Stirnseite des Radiallagerteils ohne stirnseitige Ausnehmungen, da die Anlaufscheibe mit ihren Verbindungslaschen auch radial von außen in schlitzförmige Halteöffnungen in der Mantelfläche des Radiallagerteils eingesetzt werden kann. Die Position der Anlaufscheibe relativ zum Radiallagerteil ist bei schlitzförmigen Halteöffnungen auch in axialer Richtung und damit vollständig bestimmt. Eine genaue Positionierung

und Fixierung der beiden Bauteile ist deshalb auch ohne besondere Montagevorrichtung sichergestellt.

Die Geometrie der Außenkante stellt sicher, dass die Anlaufscheibe über die Außenkanten der Verbindungslaschen im eingebauten Zustand des Lagers formschlüssig und flächig an den korrespondierenden äußeren Seitenrändern der Halteöffnungen anliegt. Hierdurch stützt sich die Anlaufscheibe bei der Drehbewegung des Gegenläufers in der einen wie in der anderen Richtung jeweils über eine der beiden Außenkanten gegen den Radiallagerteil ab. Der vorteilhafte Kraftschluss ist bei dieser Geometrie der Außenkante auch dann gewährleistet, wenn die korrespondierende Halteöffnung in dem Radiallagerteil radial ausgestanzt ist. Anders als die aus der DE 198 25 117 A1 bekannten Halteöffnungen, welche zur Fügerichtung parallele Seitenwände aufweisen, sind Halteöffnungen mit radial verlaufenden Seitenwänden fertigungstechnisch verhältnismäßig einfach und insbesondere auch noch in weit außen liegenden Winkelbereichen der Lagerschale durch Ausstanzen einbringbar. Weit außen und damit weiter auseinander liegende Verbindungen zwischen der Anlaufscheibe und dem Radiallagerteil verbessern die formschlüssige Abstützung.

Bevorzugt ist eine mittlere Verbindungslasche vorgesehen, die in Umfangsrichtung versetzt zur Mittellinie angeordnet ist.

Durch die asymmetrische Anordnung und eine entsprechend asymmetrische Ausrichtung der korrespondierenden Halteöffnungen in dem Radiallagerteil ist die Orientierung der Anlaufscheibe relativ zu dem Radiallagerteil unverwechselbar festgelegt. Durch diese Maßnahme kann beispielsweise sowohl eine Vertauschung von Anlaufscheiben als auch eine versehentlich falsche Orientierung der Anlaufscheibe bei der Montage ausgeschlossen werden.

Aus den zuvor dargelegten Gründen bildet dann bevorzugt auch die der Mittellinie der Anlaufscheibe zugewandte Kante der mittleren Verbindungslasche keine Hinterschneidung und verläuft besonders bevorzugt parallel zur Mittellinie.

Ist der Versatz der mittleren Verbindungslasche zur Mittellinie kleiner als die halbe Laschenbreite, gibt es streng genommen keine der Mittelinie zugewandte Kante. In diesem Fall ist unter der zugewandten Kante auch jene Kante der mittleren Verbindungslasche zu verstehen, die der Mittellinie näher ist.

Bevorzugt ist ferner jeweils eine die Innenkante mit der Außenkante verbindende Stirnfläche der äußeren Verbindungslaschen im Wesentlichen tangential angeordnet.

Diese tangentiale Stirnfläche erleichtert das Einfädeln der Verbindungslaschen der Anlaufscheibe in die Halteöffnungen des Radiallagerteils bei der Montage, insbesondere dann, wenn die Lagerschale eine Spreizung aufweist.

Die Anlaufscheibe ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Radial-Axial-Lagers mit dem Radiallagerteil mittels einer Schweißverbindung verbunden. Die Schweißverbindung ist bevorzugt durch Laserschweißen oder durch Punktschweißen erfolgt. Besonders bevorzugt ist diese Schweißverbindung als Sollbruchstelle ausgelegt, die bei Einleitung einer bestimmten tangentialen Kraft bricht.

Die Schweißverbindung dient somit als temporäre Verbindung für den Transport und zur Vereinfachung der Montage. Zum Ausgleich von toleranzbedingten Ungenauigkeiten des Lagergehäuses oder des Gegenläufers ist ein geringes axiales und radiales Spiel zwischen der Anlaufscheibe und dem Radiallagerteil erwünscht. Deshalb soll die

starre Schweißverbindung im Betrieb aufbrechen und der Axiallagerteil (die Anlaufscheibe) und der Radiallagerteil für eine Relativbewegung freigegeben werden. Die Schweißparameter sind daher so einzustellen, dass die Schweißverbindung den durch das Drehmoment beim Anlaufen des Gegenläufers (der Kurbelwelle oder dgl.) auf die Schweißverbindung ausgeübten Kräften in tangentialer Richtung nicht standhält. Eine Auslegung der Schweißverbindung ist je nach Anwendungsfall, Lagergröße, Kontaktfläche zwischen Gegenläufer und Anlaufscheibe, Werkstoffkombination (Lagerwerkstoff und Gegenläufer) etc. zu ermitteln.

Bevorzugt ist die Anlaufscheibe mit dem Radiallagerteil im Scheitelbereich verschweißt und besonders bevorzugt an einem an ihrem radial inneren Rand angeordneten, radial einwärts gerichteten Ansatz.

Bei Entspreizen werden die Enden der Lagerschale in Umfangsrichtung zusammengedrückt. Dabei findet eine Relativbewegung der Lagerschale zu der Anlaufscheibe in diesen Endbereichen statt, während der Scheitelbereich als Symmetriezentrum neutral bleibt, also keine Relativbewegung ausführt. Deshalb wird bevorzugt hier die Schweißverbindung angeordnet.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Anlaufscheibe;

Figur 2 die Anlaufscheibe gemäß der Figur 1 während der

Zusammenfügung mit einem korrespondierenden Radiallagerteil und

Figur 3 das verbundene Radial-Axial-Halblager.

Die Anlaufscheibe 10 hat die Form eines halbkreisförmigen Flanschringes und weist an ihrem radial inneren Rand 12 drei in Umfangsrichtung beabstandet angeordnete und radial einwärts gerichtete Verbindungslaschen 14, 18 und 20 auf. Die in Umfangsrichtung äußeren Verbindungslaschen 14 und 20 weisen jeweils der gedachten Mittellinie „A" zugewandte Kanten oder Innenkanten (streng genommen sind dies Flächen) 15 bzw. 19 auf, welche parallel zu jeder Mittellinie A verlaufen. Die mittlere Verbindungslasche 18 ist versetzt zur Mittellinie A angeordnet. Hieraus ergibt sich eine Asymmetrie, welche eine Vertauschung oder Verdrehung der Anlaufscheiben beim Zusammenbau mit dem Radiallagerteil 20 wie in Figur 2 gezeigt ausschließt. Auch die mittlere Verbindungslasche weist eine der Mittellinie A zugewandte Kante 17 auf, welche parallel zu jener Mittellinie A verläuft. Auch diese Kante bildet also keine Hinterschneidung im Bezug auf die zur Mittellinie A parallele Zuführrichtung 30.

Die Einbausituation ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Die Anlaufscheibe 10 wird radial, d.h. genauer parallel zur Mittellinie A, einem Radiallagerelement in Form einer Lagerhalbschale 20 zugeführt. Keine Kante der drei Verbindungslaschen 14, 18, 20, insbesondere keine der der Mittellinie A zugewandte Kanten bilden eine Hinterschneidung in Bezug auf die Zuführrichtung 30. Deshalb können die Laschen ohne Verklinkung und damit ohne überwindung einer Hemmung in korrespondierende Halteöffnungen 24, 26 und 28 der Lagerhalbschale 22 eingeführt werden. Dabei bilden insbesondere die

in der gezeigten Ausführungsform zu der Mittellinie A parallelen Innenkanten 15 und 19 in vorteilhafterweise Führungskanten. Die Lagerhalbschale 22 muss folglich zur Montage der Anlaufscheibe 10 nicht entspreizt werden - eine Spreizung ist in den Figuren zur Vereinfachung nicht dargestellt.

In dem zusammengesetzten Zustand gemäß Figur 3 wird die Anlaufscheibe 10 mittels einer Schweißverbindung 31 möglichst im Bereich der Mittellinie A an der Lagerhalbschale 22 für den Transport und die Montage des Radial-Axial-Lagers fixiert. Genauer dient hierzu ein Ansatz 32, der aus dem Stahl der Anlaufscheibe herausgearbeitet ist und der mit dem außenumfänglichen Stahlrücken (nicht explizit dargestellt) der Lagerhalbschale, vorzugsweise stirnseitig, verschweißt wird. Da die Lagerschale stirnseitig üblicher weise eine Lauffläche aus einem Gleitschicht- oder Lagerschichtmaterial anderer Zusammensetzung aufweist, das sich in der Regel nicht zum Schweißen eignet, ist dieses Schichtmaterial im Bereich des Ansatzes abgetragen. Dies ist in dem Ausführungsbeispiel in Form einer geräumten Nut 34 geschehen.

Es kann grundsätzlich offen bleiben, ob die Halteöffnungen 24, 26, 28 in der Lagerhalbschale 22 in Form von stirnseitig offenen Ausnehmungen oder in Form von allseitig umrandeten Schlitzen ausgebildet sind.

Die Geometrie und Abmessungen der Verbindungslaschen 14, 18, 20 und der Halteöffnungen 24, 26, 28 ist ferner so gewählt, dass sich die Anlaufscheibe, insbesondere im Betrieb, in jeder Drehrichtung jeweils mit einer Außenkante 13, 21 der äußeren Verbindungslaschen 14, 20 sowie mit einer gleichermaßen orientierten Kante 16, 17 der mittleren Verbindungslasche 18 gegen die jeweils korrespondierenden Seitenränder der Halteöffnungen abstützt (Drehmomentabstützung).

Dabei liegen die radial einwärts verlaufenden Flächen der Außenkanten 13 und 21 und die näherungsweise radial einwärts verlaufenden Flächen der Kanten 16 und 17 flächig an den zugeordneten Flächen der Seitenränder der Halteöffnungen an und bilden den bestmöglichen Formschluss zur Einleitung der in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte. Gleichzeitig können die so gestalteten Halteöffnungen in fertigungstechnisch einfacher Weise radial ausgestanzt werden, selbst wenn sie sehr weit außen, beispielsweise in Winkelbereichen größer oder 25°, vorzugsweise größer gleich 30° oder auch größer gleich 35° bezogen auf die Mittellinien A angeordnet sind. Diese Geometrie verbessert abermals die Drehmomentabstützung.

Die beiden Verbindungslaschen 14 und 18 weisen ferner jeweils eine deren obere Innenkante 15 bzw. 19 mit deren Außenkante 13 bzw. 21 verbindende Stirnfläche 36 bzw. 38 auf. Diese verläuft im Wesentlichen tangential zu einem gedachten Kreis um den Mittelpunkt der Anlaufscheibe 10. Die durch die tangentiale Stirnfläche gebildete Schräge (im Bezug auf die Zuführrichtung 33) ermöglicht ein erleichtertes Einfädeln der Laschen in die korrespondierenden Halteöffnungen 24 bzw. 22 bei der Montage auch ohne Entspreizung des Radiallagerteils 22.

Es ist sofort ersichtlich, dass sich mindestens drei Verbindungslaschen als vorteilhaft erweisen. Bei nur zwei Verbindungslaschen (oder gar nur einer) dient zumindest in einer Drehrichtung nur eine Kante zur Drehmomentabstützung, die dann einen Drehpunkt bildet, um den unerwünschte Kippmomente entstehen können. Dieser Effekt und damit verbundener Verschleiß tritt bei zwei in Umfangsrichtung beabstandeten Anlagekanten nicht auf.

Anstelle von den im Ausführungsbeispiel dargestellten drei Verbindungslaschen kann die erfindungsgemäße Anlaufscheibe auch

mit zwei Verbindungslaschen auskommen, von denen wenigstens eine Verbindungslasche nicht im Zentrum um die Mittellinie angeordnet ist und eine dieser zugewandte Kante aufweist, welche keine Hinterschneidungen bildet. Auch sind vier oder mehr Verbindungslaschen möglich, welche eine entsprechend erhöhte Anzahl von Kanten zur Drehmomentabstützung vorsehen.

Anstelle der in dem Ausführungsbeispiel gewählten Lagerhalbschale kann die Anlaufscheibe erfindungsgemäß in gleicher weise auch einer Buchse befestigt werden. Vorzugsweise würden bei einem solchen Radial-Axial-Lager zwei Anlaufscheiben in der geschilderten Weise aus radial entgegengesetzten Richtungen mit der Buchse zusammengesetzt, um einen vollumfänglichen Axiallagerring zu bilden.

Bezugszeichenliste

Radial-Axial-Lager

Anlaufscheibe radial innerer Rand äußere Kante äußere Verbindungslasche der Mittellinie zugewandte Kante äußere Kante der Mittellinie zugewandte Kante mittlere Verbindungslasche der Mittellinie zugewandte Kante äußere Verbindungslasche äußere Kante halbzylindrische Lagerschale

Halteöffnung

Halteöffnung

Halteöffnung

Zuführrichtung (Pfeil)

Schweißverbindung

Ansatz

Nut

Stirnfläche

Stirnfläche