DE102022001807B4

DE102022001807B4 - Wälzlager, Wälzlageranordnung, Werkzeug und Verfahren

Info

Publication number: DE102022001807B4
Application number: DE102022001807.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Dörner; Timm Klütsch
Original assignee: NSK Europe Ltd
Current assignee: NSK Europe Ltd
Priority date: 2022-05-23
Filing date: 2022-05-23
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2042-05-24
Also published as: DE102022001807A1

Abstract

Wälzlager (20), aufweisend:einen Innenring (30),einen Außenring (40),eine Vielzahl von zwischen dem Innenring (30) und dem Außenring (40) angeordneten Wälzkörpern (50),wobei eine Kunststoffschicht (60) auf einer inneren Umfangsfläche (31) des Innenrings (30) und/oder auf einer äußeren Umfangsfläche (42) des Außenrings (40) angeordnet ist,wobei die Kunststoffschicht (60) eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, um eine Kontaktfläche zu einem entsprechenden Lagersitz (13; 15) zu reduzieren,wobei die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten (62) der Kunststoffschicht (60) und eine Vielzahl von Talabschnitten (64), die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten (62) angeordnet sind, ausbilden,wobei die Gipfelabschnitte (62) und/oder die Talabschnitte (64) jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte aufweisen, undwobei die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung (68) aufweisen, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in Radialrichtung (Rr) vorsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager, eine Wälzlageranordnung, ein Werkzeug zur Herstellung eines Wälzlagers sowie ein Verfahren für die Herstellung eines Wälzlagers.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Wälzlager bekannt. Solche Wälzlager weisen üblicherweise einen Innenring, einen Außenring sowie eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf, welche zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind. Durch die Wälzkörper sind der Außenring und der Innenring zueinander drehbar konfiguriert. Mittels eines oder mehrerer Wälzlager kann somit beispielsweise eine Welle drehbar an einem Gehäuse gelagert werden.
Bei verschiedenen Lageranordnungen, beispielsweise beim Einsatz in Elektrofahrzeugen, kann Strom an einem Wälzlager zwischen dem gelagerten Element hin zum lagernden Element fließen, oder umgekehrt, wodurch die Gefahr von elektrischer Korrosion am Wälzlager entsteht, welche die Einsatzdauer oder Lebensdauer eines betreffenden Wälzlagers senkt. Dies erfordert zusätzlich zur drehbaren Lagerung eine elektrische Isolation des drehbar gelagerten Elements, wie beispielsweise der Welle, gegenüber dem drehbar lagernden Element, wie beispielsweise dem Gehäuse. Hierzu ist es im Stand der Technik bekannt, eine der drei Komponenten aus Innenring, Außenring und Wälzkörper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, wie beispielsweise Keramik oder Kunststoff, herzustellen. Dies kann jedoch das Betriebsverhalten des Wälzlagers beeinträchtigen und/oder die Herstellungskosten des Wälzlagers erhöhen.
JP H10 - 184 699 A beschreibt ein Wälzlager, das mindestens einen Innenring, einen Außenring und einen zwischen dem Innen- und Außenring angeordneten Wälzkörper aufweist, wobei am äußeren Umfangsteil des Außenrings eine thermoplastische Elastomerschicht ausgebildet ist. Diese thermoplastische Elastomerschicht ist flexibel und leicht verformbar und verhindert nicht nur den Stromfluss zwischen den Innen- und Außenringen des Lagers, um galvanische Korrosion zu verhindern, sondern verbessert auch die Einführleistung des Lagers und verhindert gleichzeitig die Entstehung von Kriechen.
JP 2002 - 286 042 A beschreibt Isolierfolie für ein Wälzlager, wobei die Isolierfolie die äußere Umfangsfläche des Außenrings und beide Stirnflächen bedeckt, und die Isolierfolie aus glasfaserhaltigem Polyamid besteht. Eine bewegliche Metallform zur Bildung des Isolierfilms besteht aus einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt besteht aus mehreren sich frei radial bewegenden Metallformelementen. Nach dem Spritzgießen der Isolierfolie werden diese Metallformelemente nach außen verschoben und anschließend werden Auswurfstifte herausgeschoben, um die Form zu lösen.
JP H10 - 37 949 A beschreibt ein Wälzlager mit Dichtungsmontagenut-Bildungsteil, das als Teil einer Dichtungsmontagenut zum Montieren einer Dichtung dient, welches in einem Breitflächenbeschichtungsteil auf beiden Seiten angeordnet ist, und das eine äußere Ringfläche einer Harzbeschichtung abdeckt Der äußere Umfangsrand der Dichtung wird in die Dichtungsmontagenut eingepasst und montiert. Daher sind die Außendurchmesserfläche und die Breitenfläche des Außenrings mit der Harzbeschichtung bedeckt, so dass der elektrische Stromfluss in einem Lager unterbrochen wird, selbst wenn eine Potentialdifferenz zwischen einem Lagergehäuse, wie z.B. einem Motorgehäuse, und einer Welle. Andererseits wird die Dichtung montiert, indem das Teil zur Bildung der Dichtungsmontagenut in der Harzbeschichtung angeordnet wird, so dass keine vollständige Ausbildung der Dichtungsmontagenut im Außenring erforderlich ist.
DE 10 2018 107 870 A1 beschreibt ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Presse zum Spritzgießen von Kunststoffmaterial durch eine Vielzahl von Einspritzdüsen, die mit einem Verteiler verbunden und mit jeweiligen Verschlussorganen ausgestattet sind, die auf kontrollierte Weise zwischen einem Schließzustand und einem Öffnungszustand bewegbar sind. Der Einspritzdruck im Verteiler wird durch einen Aktuator, der eine Schnecke der Einspritzpresse betätigt, vom Beginn eines Füllschritts bis zum Ende eines Packschritts des Kunststoffmaterials in einen Hohlraum einer Form im Wesentlichen konstant gehalten. Ein Formzyklus wird vollständig von jedem Injektor gesteuert, indem die Position/Geschwindigkeit/Beschleunigung des jeweiligen Obturators gesteuert wird, ohne dass dies Auswirkungen auf die anderen Injektoren hat.
DE 21 42 886 A beschreibt einen spanlos hergestellten, dünnwandigen Innenlaufring für Wälzlager, wobei in der Bohrung des Innenlaufringes eine elastische, beispielsweise aus Kunststoff bestehende, Hülse angeordnet ist, die an ihrer freien Umfangsfläche über ihren Umfang verteilte, axial verlaufende Ausnehmungen aufweist.
DE 69 38 541 U beschreibt ein Wälzlager, dessen Außenlaufring von einer elastischen, beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Hülse umgeben ist, wobei die Hülse an einem oder beiden Enden radial nach innen gerichtete Dichtlippen aufweist, die äußere Mantelfläche der Hülse mit einer Vielzahl von über den Umfang der Hülse verteilten axial verlaufenden Ausnehmungen versehen ist, und jede Ausnehmung durch einen, sich nur über einen geringen Teil ihrer Länge erstreckenden Steg abgeschlossen ist.
US 4 142 618 A beschreibt ein Kupplungsausrücklager mit dünnwandigen Innen- und Außenringen. An der Innenfläche des Innenrings ist eine Hülse aus elastischem Material befestigt. Diese Hülse kann mehrere Rippen aufweisen, die mit der Rohrführung des Getriebegehäuses in Kontakt stehen. In der Dicke jeder Hülse, im Wesentlichen im Bereich jeder Rippe, ist eine einzelne blinde ringförmige Aussparung oder eine Mehrzahl von im Wesentlichen axialen oder blinden Aussparungen über die gesamte Länge angeordnet. Die Selbstausrichtung des Ausrücklagers wird durch Verformung der Wände zwischen den Rippen und den Aussparungen oder durch radiale Kompression der Rippen oder beides erreicht. Die Rippen können im Wesentlichen radial geneigt sein und vorzugsweise sind mindestens sechs solcher Rippen vorhanden. Alternativ weist die Hülse einen inneren zylindrischen Abschnitt auf, der entweder einstückig oder axial geteilt ist und mit der Rohrführung in Kontakt steht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes elektrisch isolierendes Wälzlager, sowie eine entsprechende Wälzlageranordnung, ein Werkzeug und Herstellungsverfahren bereitzustellen.
Die vorbeschriebene Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst, bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Wälzlager, aufweisend:

einen Innenring,
einen Außenring,
eine Vielzahl von zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Wälzkörpern,
wobei eine Kunststoffschicht auf einer inneren Umfangsfläche des Innenrings und/oder auf einer äußeren Umfangsfläche des Außenrings angeordnet ist, und
wobei die Kunststoffschicht eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, um eine Kontaktfläche zu einem entsprechenden Lagersitz zu reduzieren.

Durch die Kunststoffschicht mit den Vertiefungen ermöglicht das vorliegende Wälzlager vorteilhaft ein elektrisch isolierendes Wälzlager bereitzustellen, wodurch die Gefahr von elektrischer Korrosion an dem Wälzlager vorteilhaft verringert oder vermieden werden kann. Dies ermöglicht im Weiteren vorteilhaft die Lebensdauer eines Wälzlagers zu verlängern, die Herstellungskosten zu verringern und insbesondere die Wälzeigenschaften des Wälzlagers über eine Lebensdauer hinweg im Wesentlichen zu erhalten.
Vor allem die Vielzahl von Vertiefungen der Kunststoffschicht ermöglicht vorteilhaft Luftspalte und/oder Lufteinschlüsse zwischen der Kunststoffschicht und dem an dem Wälzlager angrenzenden Lagersitz sicherzustellen. Dies ermöglicht zunächst die Kontaktfläche zwischen der Kunststoffschicht des Wälzlagers und dem angrenzenden Lagersitz zu verringern, und da Luft eine vergleichsweise geringe Permittivität aufweist, im Weiteren die elektrische Kapazität zwischen dem Wälzlager und dem oder den angrenzenden Lagersitz(en) vorteilhaft zu reduzieren, um die Gefahr von elektrischer Korrosion zu verringern oder um elektrische Korrosion zwischen dem Wälzlager und dem oder den angrenzenden Lagersitz(en) zu verhindern. Insbesondere sind die Vertiefungen in bzw. auf der Kunststoffschicht derart dimensioniert, dass die Kunststoffschicht im Bereich der Vertiefungen die Fläche des Lagersitzes nicht kontaktiert, auch wenn der entsprechende Ring des Wälzlagers in bzw. auf den Lagersitz pressgepasst ist.
Die Gefahr der elektrischen Korrosion von Wälzlagern hat beispielsweise in der Automobilindustrie mit zunehmender Elektrifizierung zugenommen. So besteht beispielsweise für Wäzlager, die in der Nähe von oder in Elektromotoren angeordnet sind, und die insbesondere mit Wechselstrom beaufschlagt werden, eine erhöhte elektrische Korrosionsgefahr. Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher insbesondere bei Wälzlagern zur Lagerung von Elementen im Bereich von Elektromotoren, und/oder bei Wälzlagern, die aufgrund ihrer Anordnung mit Wechselstrom beaufschlagt sind, eine erhöhte Lebensdauer bereitzustellen, und die Wälzeigenschaften des Wälzlagers, über eine Lebensdauer des Wälzlagers hinweg, im Wesentlichen zu erhalten.
Indem die Kunststoffschicht insbesondere an der inneren Umfangsfläche des Innenrings und/oder der äußeren Umfangsfläche des Außenrings angeordnet ist, so dass die Kunststoffschicht insbesondere an einer den Wälzkörpern abgewandten Umfangsfläche des Innenrings und/oder des Außenrings angeordnet ist, kann die Wälzpaarung aus dem Innenring, der Vielzahl von Wälzkörpern und dem Außenring vorteilhaft unabhängig von der Kunststoffschicht gefertigt werden. Dadurch kann die Wälzpaarung vorteilhaft hinsichtlich der Wälzeigenschaften optimiert werden und insbesondere Metall, wie beispielsweise Stahl umfassen, oder daraus bestehen. Dadurch kann vorteilhaft ein effizientes und gleichzeitig langlebiges Wälzlager bereitgestellt werden, bei dem die Gefahr von elektrischer Korrosion vorteilhaft verringert ist. Insbesondere können Innenring, Außenring und Wälzkörper aus Metall, beispielsweise Stahl, geformt sein, wodurch gegenüber dem Einsatz von Keramikmaterial die Herstellungskosten gesenkt werden können.
Weiterhin kann dadurch, dass die Kunststoffschicht auf zumindest einem von der inneren Umfangsfläche des Innenrings und der äußeren Umfangsfläche des Außenrings angeordnet ist, der jeweilige Innenring und/oder Außenring vorteilhaft vergleichsweise einfach hergestellt werden, da insbesondere ein Schritt der Oberflächenbehandlung, wie beispielsweise ein Schritt des Schleifens der den Wälzkörpern abgewandten Umfangsseite des Innenrings und/oder des Außenrings, erleichtert wird oder sogar entfallen kann. Dadurch kann vorteilhaft der Innenring und/oder der Außenring vergleichsweise aufwandsarm hergestellt werden. Entfällt insbesondere ein die Rauheit einer jeweiligen Umfangsfläche des Innenrings und/oder des Außenrings reduzierender Schritt, wird darüber hinaus vorteilhaft die Haftung zwischen der Kunststoffschicht und der betreffenden Umfangsfläche des Innenrings und/oder des Außenrings verbessert, da der Kunststoff mit der vergleichsweise rauen inneren Umfangsfläche des Innenrings und/oder der äußeren Umfangsfläche des Außenrings einen vergleichsweise festen Mikroformschluss bildet. Die Kunststoffschicht kann beispielsweise mittels Umspritzen des Innenrings bzw. des Außenrings ausgebildet werden.
Weiterhin sind die Toleranzen des Wälzlagers für einen montierten Zustand vorteilhaft mittels der Kunststoffschicht einstellbar. So kann insbesondere mittels der Dicke der Kunststoffschicht, also der Dicke um welche die Kunststoffschicht auf die innere Umfangfläche des Innenrings und/oder die äußere Umfangsfläche des Außenrings aufbaut, ein nominaler Innen- und/oder Außendurchmesser des Wälzlagers definiert werden. Darüber hinaus kann durch die Kunststoffschicht, und insbesondere mittels Spritzgießen der Kunststoffschicht, der nominale Innen- und/oder Außendurchmesser des Wälzlagers definiert werden. Weiterhin kann insbesondere auch eine Passung des Wälzlagers, insbesondere mittels Spritzgießen der Kunststoffschicht, genau eingestellt werden, so dass das Wälzlager mittels der Kunststoffschicht wahlweise eine Spielpassung, eine Übergangspassung oder eine Presspassung an dem Innenring und/oder am Außenring hin zu einem entsprechenden Lagersitz, wie beispielsweise ein Lagersitz einer Welle oder eines Gehäuses, bereitstellt.
In bevorzugten Ausführungsformen sind die Vertiefungen der Vielzahl von Vertiefungen der Kunststoffschicht so ausgebildet, dass die jeweiligen Vertiefungen, im verbauten oder montierten Zustand des Wälzlagers, einen Luftspalt oder eine Lufttasche zwischen der Kunststoffschicht des Wälzlagers und dem angrenzenden Lagersitz bilden oder bereitstellen. Mit anderen Worten weisen die Vertiefungen eine derartige Tiefe auf, oder sind die der Vertiefung benachbarten Abschnitte der Kunststoffschicht derart stabil oder steif ausgebildet, dass im montierten Zustand des Wälzlagers ein Luftspalt zwischen der Kunststoffschicht und dem angrenzenden Element ausgebildet oder bereitgestellt ist. Hierzu kann die Kunststoffschicht insbesondere einen ausreichend stabilen oder steifen Kunststoff aufweisen.
In beispielhaften Ausführungsformen umfasst oder ist die Kunststoffschicht eine spritzgegossene Kunststoffschicht. Dadurch ist das vorliegende Wälzlager vorteilhaft für die Massenfertigung geeignet, wobei durch eine vorbestimmte Prozessführung die Kunststoffschicht vorteilhaft genau hergestellt werden kann.
Die Kunststoffschicht kann insbesondere einen der folgenden Kunststoffe aus Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA) und/oder Polyamid (PA) umfassen oder daraus bestehen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Kunststoffschicht insbesondere kein Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und/oder Polycarbonat (PC) umfassen oder daraus bestehen. Mit anderen Worten kann die Kunststoffschicht in beispielhaften Ausführungsformen frei von Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und/oder Polycarbonat (PC) sein.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Kunststoffschicht einen faserverstärkten Kunststoff umfassen oder daraus bestehen. Dabei kann die Kunststoffschicht insbesondere einen mit Langfasern verstärkten Kunststoff umfassen oder daraus bestehen oder einen mit Kurzfasern verstärkten Kunststoff umfassen oder daraus bestehen. Die Langfasern können insbesondere eine Länge in der Größenordnung der axialen Erstreckung oder des Durchmessers des Wälzlagers aufweisen. Dadurch kann vorteilhaft eine Verstärkung der Kunststoffschicht in einer vorbestimmten Raumrichtung erfolgen. Die Kurzfasern können insbesondere eine Länge in einer geringeren Größenordnung als die axiale Erstreckung oder der Durchmesser des Wälzlagers. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders gleichmäßige Verstärkung der Kunststoffschicht bereitgestellt werden. Durch eine vorbestimmte Prozessführung, insbesondere beim Spritzgießen, können auch die Kurzfasern in etwa in einer vorbestimmten Richtung in die Kunststoffschicht eingebracht werden, beispielsweise durch eine gezielte Wahl von Anguss-Öffnungen und einer vorbestimmten Prozessführung aus Temperatur und Nachdruck. Dadurch können die Vorteile der Langfasern, mit denen der Kurzfasern kombiniert werden.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die Kunststoffschicht einen mit Glasfasern verstärkten Kunststoff, einen mit Aramidfasern verstärkten Kunststoff, einen mit Basaltfasern verstärkten Kunststoff und/oder einen mit Naturfasern, wie beispielsweise Flachs oder Hanf, verstärkten Kunststoff umfassen oder daraus bestehen.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die Kunststoffschicht einen glasfaserverstärkten Kunststoff, wie beispielsweise glasfaserverstärktes Polyamid (PA), glasfaserverstärktes Polyphenylensulfid (PPS) und/oder glasfaserverstärktes Polyphthalamid (PPA) umfassen oder daraus bestehen. Dadurch kann der Wälzkörper vorteilhaft eine genaue und gleichzeitig stabile Kunststoffschicht umfassen.
Im weiteren Verlauf werden verschiedene Begriffe wiederholt verwendet, deren Verständnis durch die nachfolgenden Definitionen erleichtert werden soll.
Wälzlager: Das vorliegende Wälzlager kann insbesondere ein Kugellager, ein Zylinderrollenlager, ein Nadellager, ein Kegelrollenlager, ein Tonnenlager oder ein Toroidalrollenlager sein. In beispielhaften Ausführungsformen weist das Wälzlager insbesondere einen Käfig auf, an dem die Wälzkörper angeordnet sind, insbesondere an dem die Wälzkörper jeweils zueinander beabstandet angeordnet sind.
Für den beispielhaften Fall in dem das Wälzlager ein Nadellager ist, kann dieses insbesondere gemäß des ersten Aspekts ausgeführt sein, wobei das Wälzlager wahlweise einen Innenring aufweisen kann, oder nicht.
Innenring und Außenring: Der Innenring und der Außenring sind dem Typ des Wälzlagers entsprechend ausgebildet. Der Innenring stellt insbesondere eine radial innere Führung für die Wälzkörper bereit. Der Außenring stellt insbesondere eine radial äußere Führung für die Wälzkörper bereit. Die Wälzkörper des Wälzlagers werden daher insbesondere zwischen dem Innenring und dem Außenring geführt, insbesondere rollend geführt, vorzugsweise formschlüssig zwischen dem Innenring und dem Außenring, insbesondere im Wesentlichen in Umfangsrichtung, geführt. Je nach Ausführung eines Zylinderrollenlagers sowie Kegelrollenlagers als beispielhafte Wälzlager können die Wälzkörper beispielsweise auch nicht formschlüssig zwischen dem Innenring und dem Außenring geführt sein.
Der Innenring und/oder der Außenring können insbesondere im Wesentlichen achsensymmetrisch sein und bevorzugt eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen. In beispielhaften Ausführungsformen sind der Innenring und der Außenring des Wälzlagers insbesondere konzentrisch zueinander angeordnet.
In beispielhaften Ausführungsformen umfassen der Innenring und/oder der Außenring ein Metall, wie beispielsweise Stahl, oder bestehen daraus. Dadurch können der Innenring und/oder der Außenring bevorzugte Wälzeigenschaften aufweisen und gleichzeitig besonders hart und insbesondere langlebig sein.
Wälzkörper: Die Wälzkörper sind dem Typ des Wälzlagers entsprechend ausgebildet. Die Wälzkörper können daher insbesondere kugelförmig, zylindrisch, zylindrisch und langgestreckt oder zylindrisch mit einer gewölbten Umfangsfläche geformt sein.
In beispielhaften Ausführungsformen umfassen die Wälzkörper ein Metall, wie beispielsweise Stahl, oder bestehen daraus. Dadurch können die Wälzkörper bevorzugte Wälzeigenschaften aufweisen und gleichzeitig kostengünstig, besonders hart und insbesondere langlebig sein.
Axialrichtung: Wälzlager sind häufig zumindest im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Die Axialrichtung stellt dabei im Wesentlichen die axiale Erstreckung des Wälzlagers, insbesondere die axiale Erstreckung einer im Wesentlichen zylindrischen Ausbildung des Wälzlagers dar. Die Axialrichtung kann beim Wälzlager insbesondere im Wesentlichen parallel zur Achse einer Welle sein, die mittels einem oder mehrerer Wälzlager gelagert ist, oder im Wesentlichen der Achse entsprechen.
Radialrichtung: In Anlehnung an die Axialrichtung wie oben definiert und beschrieben, bezeichnet die Radialrichtung eine im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung stehende Richtung. Die Radialrichtung erstreckt sich insbesondere ausgehend von der Achse des Wälzkörpers. Ausgehend von der Achse des vorliegenden Wälzlagers trifft die Radialrichtung im Allgemeinen in dieser Reihenfolge: eine Kunststoffschicht, sofern eine an der inneren Umfangsfläche des Innenrings angeordnet ist, die innere Umfangsfläche des Innenrings, den Innenring, die äußere Umfangsfläche des Innenrings, die Wälzkörper, die innere Umfangsfläche des Außenrings, den Außenring, die äußere Umfangsfläche des Außenrings, und schließlich, eine Kunststoffschicht, sofern eine an der äußeren Umfangsfläche des Außenrings angeordnet ist.
Umfangsfläche: Die Umfangsfläche stellt eine Fläche insbesondere entlang eines inneren oder äußeren Umfangs eines bestimmten Elements dar. Die Umfangsfläche grenzt das betreffende Element insbesondere in Radialrichtung gegenüber einem anderen Element ab. Die innere Umfangsfläche stellt insbesondere eine der Achse des Wälzlagers zugewandte Umfangsfläche eines jeweiligen Elements dar. Die äußere Umfangsfläche stellt insbesondere eine der Achse des Wälzlagers abgewandte Umfangsfläche eines jeweiligen Elements dar.
Wird vorliegend eine Richtung oder ein Winkel mit dem Zusatz „im Wesentlichen“ oder „in etwa“ oder „etwa“ wiedergegeben, so ist mit diesem Zusatz grundsätzlich insbesondere eine Abweichung von der betreffenden Richtung oder vom betreffenden Winkel im Bereich von 0° bis 5° gemeint oder zu verstehen.
Wird vorliegend ein Maß oder ein Verhältnis mit dem Zusatz „im Wesentlichen“ oder „in etwa“ oder „etwa“ wiedergegeben, so ist mit diesem Zusatz grundsätzlich insbesondere eine Abweichung von dem betreffenden Maß oder dem betreffenden Verhältnis im Bereich von 0% bis 10% gemeint oder zu verstehen.
In bevorzugten Ausführungsformen des Wälzlagers können sich die Vielzahl von Vertiefungen im Wesentlichen in Axialrichtung erstrecken und insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet entlang der entsprechenden Umfangsfläche ausgebildet sein.
Mit anderen Worten können die Vertiefungen der Vielzahl von Vertiefungen insbesondere in Axialrichtung offen sein. Die Vertiefungen der Vielzahl von Vertiefungen können dadurch insbesondere einen sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Luftspalt bilden, insbesondere zwischen der Kunststoffschicht und einem Lagersitz eines an dem Wälzlager angrenzenden Elements.
Zusätzlich oder alternativ können mit anderen Worten die Vertiefungen entlang eines Umfangs der Kunststoffschicht gleichmäßig beabstandet sein.
Die sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckenden Vertiefungen ermöglichen vorteilhaft, dass das Wälzlager mit einer insbesondere mittels Spritzgießen aufgebrachten Kunststoffschicht leicht entformbar ist. Dadurch kann im Weiteren ein Spritzgießwerkzeug insbesondere im Wesentlichen in Axialrichtung des Wälzlagers zufahren, wobei Hinterschnitte des Wälzlagers in Axialrichtung vorteilhaft vermieden werden können.
Die gleichmäßige Beabstandung der Vertiefungen entlang des Umfangs der Kunststoffschicht ermöglicht vorteilhaft eine gleichmäßige Lastübertragung zwischen dem Wälzlager und einem Lagersitz eines angrenzenden Elements sicherzustellen, wodurch vorteilhaft die Lebensdauer des Wälzlagers erhöht wird.
In alternativen Ausführungsformen können die Vertiefungen sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken. Dies ermöglicht vorteilhaft eine vorbestimmte Orientierung einer Verstärkungsfaser in der Kunststoffschicht, insbesondere im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Kunststoffschicht, auf einfache Weise sicherzustellen.
Beim Wälzlager gemäß des ersten Aspekts bilden die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten der Kunststoffschicht und eine Vielzahl von Talabschnitten, die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten angeordnet sind, aus.
Mit anderen Worten sind die Vertiefungen der Vielzahl von Vertiefungen insbesondere durch in Umfangsrichtung einander abwechselnde Gipfelabschnitte und Talabschnitte gebildet.
Die Gipfelabschnitte sind dabei insbesondere konfiguriert, im montierten Zustand des Wälzlagers, einen Lagersitz eines angrenzenden Elements zu kontaktieren, also den Lagersitz des angrenzenden Elements zu berühren. Die Gipfelabschnitte bilden oder definieren daher insbesondere den nominalen Innendurchmesser des Wälzlagers, wenn die Kunststoffschicht an der inneren Umfangsfläche des Innenrings angeordnet ist, und bilden oder definieren insbesondere den nominalen Außendurchmesser des Wälzlagers, wenn die Kunststoffschicht an der äußeren Umfangsfläche des Außenrings angeordnet ist. Die Talabschnitte sind insbesondere konfiguriert, im montierten Zustand des Wälzlagers, eine Beabstandung oder Vertiefung gegenüber einem Lagersitz eines angrenzenden Elements zu bilden, also den Lagersitz des angrenzenden Elements nicht zu berühren.
Durch die Vertiefungen, welche jeweils durch einen Talabschnitt gebildet sind, der zwischen zwei benachbarten Gipfelabschnitten angeordnet ist, können die Vertiefungen vorteilhaft einen Luftspalt oder eine Lufttasche zwischen der Kunststoffschicht und dem Lagersitz eines angrenzenden Elements sicherstellen. Dadurch kann wiederum vorteilhaft die elektrische Kapazität zwischen dem Wälzlager und dem angrenzenden Element verringert werden, wodurch die Gefahr von elektrischer Korrosion an dem Wälzlager vorteilhaft verringert werden kann.
Die Anzahl der Gipfelabschnitte, und somit der Talabschnitte, wird vorliegend insbesondere auch mit z bezeichnet. Ein bevorzugter Bereich für eine Anzahl z von Gipfelabschnitten kann insbesondere anhand der folgenden Formel berechnet werden, wobei D den nominalen Durchmesser des Wälzlagers in Millimetern (mm) wiedergibt: z = 0,6 x D bis z = 1,4 x D.
Die vorstehende Anzahl von Gipfelabschnitten, insbesondere bei einer gleichmäßigen Beabstandung in Umfangsrichtung der Kunststoffschicht, ermöglicht vorteilhaft eine Vielzahl von Vertiefungen mit der Kunststoffschicht auszubilden und stellt darüber hinaus eine vorteilhaft gleichmäßige Lastüberleitung zwischen dem Wälzlager und dem an das Wälzlager angrenzenden Element, wie beispielsweise eine zu lagernde Welle und/oder ein lagerndes Gehäuse, sicher.
In bevorzugten Ausführungsformen des Wälzlagers kann eine Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Gipfelabschnitts etwa 0,4 mm bis etwa 6 mm, vorzugsweise etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm, betragen, und/oder eine Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Talabschnitts etwa 0,1 mm bis etwa 4,8 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm bis etwa 4 mm, betragen. Die Differenz zwischen der Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Gipfelabschnitts und der Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Talabschnitts kann etwa 0,4 mm bis etwa 3,5 mm betragen, insbesondere etwa 0,4 mm bis etwa 1,2 mm betragen. Die Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Gipfelabschnitts kann für alle Gipfelabschnitte im Wesentlichen gleich sein. Die Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Talabschnitts kann für alle Talabschnitte im Wesentlichen gleich sein.
Die Kunststoffschicht weist daher im Bereich der Gipfelabschnitte vorzugsweise eine größere Dicke auf, als im Bereich der Talabschnitte.
Durch die vorstehend genannten beispielhaften und bevorzugten Dicken des Gipfelabschnitts und/oder des Talabschnitts können die Vertiefungen vorteilhaft einen Luftspalt oder eine Lufttasche zwischen den Talabschnitten und dem Lagersitz eines angrenzenden Elements sicherstellen, und sind gleichzeitig auf einfache Weise herzustellen. Insbesondere kann anhand der Mindestdicken eine vorbestimmte elektrische Isolierung sichergestellt werden, während anhand der Maximaldicken ein Schwund durch Erstarrung im Zuge der Herstellung der Kunststoffschicht, wie beispielswiese mittels Spritzgießen, vorteilhaft begrenzt werden kann, so dass insbesondere eine genaue, insbesondere passgenaue Herstellung der Kunststoffschicht sichergestellt werden kann.
Es versteht sich, dass die Kunststoffschicht größere Dicken im Bereich der Gipfelabschnitte und/oder der Talabschnitte als die vorstehend genannten aufweisen kann, insbesondere wenn eine vorbestimmte elektrische Isolierung erreicht werden soll.
Die Dicke der Kunststoffschicht, jeweils im Bereich der Gipfelabschnitte, wird insbesondere auch als t1 bezeichnet. Die Dicke der Kunststoffschicht, jeweils im Bereich der Talabschnitte, wird insbesondere auch als t2 bezeichnet.
Die bevorzugte Dicke der Kunststoffschicht im Bereich der Talabschnitte kann insbesondere anhand der folgenden Gleichungen als Bereich definiert werden: t2 = t1 x 0,3 bis t2 = t1 x 0,8. Die Dicke der Kunststoffschicht im Bereich der Talabschnitte kann vorzugsweise insbesondere dem in etwa 0,3-fachen bis zum in etwa 0,8-fachen der Dicke der Kunststoffschicht im Bereich der Gipfelabschnitte entsprechen.
Beim Wälzlager gemäß des ersten Aspekts weisen die Gipfelabschnitte und/oder die Talabschnitte jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte auf.
Die abgeflachten Abschnitte können insbesondere entlang eines vorbestimmten Umfangs eine im Wesentlichen gleiche Dicke der Kunststoffschicht, also einen im Wesentlichen abschnittsweise konstanten Radius des Wälzlagers, aufweisen.
Indem insbesondere die Gipfelabschnitte jeweils im Wesentlichen abgeflacht sind, wird vorteilhaft eine im Wesentlichen gleichmäßige Lastüberleitung zwischen dem Wälzlager und dem oder den an dem Wälzlager angrenzenden Element(en) sichergestellt.
Indem insbesondere die Gipfelabschnitte und/oder die Talabschnitte jeweils im Wesentlichen abgeflacht sind, kann vorteilhaft insbesondere ein Sprung bzgl. der Ausrichtung von verstärkenden Fasern in der Kunststoffschicht vermieden werden. Dadurch kann vorteilhaft eine Festigkeit der Kunststoffschicht entlang der Umfangsrichtung des Wälzlagers im Wesentlichen gleichmäßig oder konstant sein, wodurch im Weiteren vorteilhaft die Lebensdauer des Wälzlagers erhöht werden kann.
Beim Wälzlager gemäß des ersten Aspekts weisen die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung auf, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in radialer Richtung vorsteht.
Insbesondere können die Gipfelabschnitte der Kunststoffschicht jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung aufweisen, der von einer Grundfläche des Gipfelabschnitts vorsteht. Die Grundfläche des Gipfelabschnitts entspricht insbesondere einer Fläche des Gipfelabschnitts, welche einem an das Wälzlager angrenzenden Element, wie beispielsweise ein Lagersitz einer zu lagernden Welle oder eines lagernden Gehäuses, zugewandt ist.
Mit anderen Worten können die Gipfelabschnitte, welche einen nominalen Durchmesser des Wälzlagers bilden, insbesondere zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung aufweisen, um Toleranzen auszugleichen oder um eine Passung hin zu einem in Radialrichtung angrenzenden Element des Wälzlagers einzustellen oder zu definieren.
Je nach Ausprägung der Toleranzausgleichsvorsprünge, kann das vorliegende Wälzlager eine Spielpassung, eine Übergangspassung oder eine Presspassung hin zu einem in radialer Richtung angrenzenden Element bilden oder bereitstellen, insbesondere hin zu einem Lagersitz eines in radialer Richtung angrenzenden Elements bilden oder bereitstellen.
Die Toleranzausgleichsvorsprünge ermöglichen somit vorteilhaft, Toleranzen auszugleichen oder eine Passung des Wälzlagers auf einfache Weise definieren zu können. Die Toleranzausgleichsvorsprünge können vorzugsweise integral mit der Kunststoffschicht, insbesondere integral mit den jeweiligen Gipfelabschnitten, ausgebildet sein. Beispielsweise können die Gipfelabschnitte mit den Toleranzausgleichsvorsprüngen in einem Schritt mittels Spritzgießen hergestellt werden. Dadurch kann vorteilhaft eine aufwendige Oberflächenbehandlung, wie beispielsweise ein Schleifen der inneren Umfangsfläche des Innenrings und/oder der äußeren Umfangsfläche des Außenrings, bei der Herstellung des Wälzlagers erleichtert werden oder sogar entfallen, wodurch ein elektrisch isolierendes Wälzlager vorteilhaft auf effiziente Weise herstellbar ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Wälzlageranordnung, umfassend:

ein Wälzlager gemäß des Aspekts betreffend ein Wälzlager, aufweisend:
- einen Innenring, der auf einem inneren Lagersitz eines inneren Bauteils montiert ist,
- einen Außenring, der auf einem äußeren Lagersitz eines äußeren Bauteils montiert ist,
- eine Vielzahl von zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordneten Wälzkörpern,
- wobei eine Kunststoffschicht auf einer inneren Umfangsfläche des Innenrings und/oder auf einer äußeren Umfangsfläche des Außenrings angeordnet ist, und
- wobei die Kunststoffschicht eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, so dass eine Vielzahl von Lufttaschen entlang einer Kontaktfläche zu dem entsprechenden Lagersitz ausgebildet sind.

Die Kontaktfläche des entsprechenden Lagersitzes kann insbesondere durch ein an das Wälzlager angrenzendes Element bereitgestellt sein, wie beispielsweise von einem Lagersitz einer zu lagernden Welle und/oder einem lagernden Gehäuse.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die Wälzlageranordnung ein Wälzlager, insbesondere gemäß des Aspekts betreffend ein Wälzlager, aufweisen, und ein zu lagerndes Element, wie beispielsweise eine Welle und/oder ein lagerndes Element, wie beispielsweise ein Gehäuse, aufweisen. Weiter kann die Kunststoffschicht des Wälzlagers insbesondere eine Vielzahl von Vertiefungen aufweisen, so dass eine Vielzahl von Lufttaschen oder Luftspalten entlang einer Kontaktfläche an welcher das Wälzlager das zu lagernde Element und/oder des lagernde Element kontaktiert oder berührt, ausgebildet sind.
Durch die Ausbildung der Lufttaschen oder Luftspalten zwischen dem Wälzlager und dem oder den angrenzenden Element(en) kann vorteilhaft eine elektrische Kapazität zwischen den betreffenden Komponenten der Wälzlageranordnung verringert werden, wodurch wiederum vorteilhaft die Gefahr von elektrischer Korrosion an dem Wälzlager verringert werden kann.
Die vorstehend genannten bevorzugten, beispielhaften und alternativen Ausführungsformen bzgl. des Wälzlagers sowie deren Effekte beziehen sich gleichermaßen auf die Wälzlageranordnung, und umgekehrt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers, insbesondere eines Wälzlagers gemäß des Aspekts betreffend ein Wälzlager, mit einer Kunststoffschicht, das Werkzeug aufweisend:

einen Werkzeughauptkörper, in den der Innenring und/oder der Außenring eingesetzt werden kann, und
zumindest ein Werkzeugeinlegeteil, das lösbar mit dem Werkzeughauptkörper verbindbar ist,
wobei das Werkzeugeinlegeteil eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, um in der Kunststoffschicht eine Vielzahl von Vertiefungen auszubilden,
wobei die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten der Kunststoffschicht und eine Vielzahl von Talabschnitten, die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten angeordnet sind, ausbilden,
wobei die Gipfelabschnitte und/oder die Talabschnitte jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte aufweisen, und
wobei die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung aufweisen, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in Radialrichtung vorsteht.

Indem das Werkzeug das zumindest eine Werkzeugeinlegeteil aufweist, welches lösbar mit dem Werkzeughauptkörper verbindbar ist, wird vorteilhaft ein modulares Werkzeug zum Umspritzen der inneren Umfangsfläche des Innenrings oder der äußeren Umfangsfläche des Außenrings eines Wälzlagers bereitgestellt, wobei die Kunststoffschicht auf einfache Weise anforderungsspezifisch, durch Wechsel des Werkzeugeinlegeteils, herstellbar ist.
Dadurch kann beispielsweise ein Wälzlager mit einem vorbestimmten Innenring und einem vorbestimmten Außenring auf einfache Weise mit einer anforderungsspezifischen Kunststoffschicht hergestellt werden, die insbesondere die Einhaltung eines vorbestimmten nominalen Innen- und/oder Außendurchmessers des Wälzlagers und/oder einer vorbestimmten Toleranz oder Passung sicherstellt.
Die vorstehend genannten bevorzugten, beispielhaften und alternativen Ausführungsformen bzgl. des Wälzlagers und bzgl. der Wälzlageranordnung sowie deren jeweilige Effekte beziehen sich gleichermaßen auf das Werkzeug zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers, und umgekehrt.
In bevorzugten Ausführungsformen des Werkzeugs kann das Werkzeug eine Vielzahl von Anguss-Öffnungen und einen Anguss-Verschließmechanismus umfassen,
wobei der Anguss-Verschließmechanismus konfiguriert ist, um in einer Nachdruckphase nach einem Einspritzen eines Kunststoffmaterials zum Ausbilden der Kunststoffschicht eine Untergruppe der Anguss-Öffnungen zu verschließen, insbesondere druckdicht zu verschließen.
Die Vielzahl von Anguss-Öffnungen kann insbesondere eine Anzahl von 2 bis 8 Anguss-Öffnungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Anzahl der Anguss-Öffnungen kann insbesondere anhand der Größe des Wälzlagers bestimmbar sein.
Die Untergruppe der Anguss-Öffnungen umfasst insbesondere eine Anzahl von Anguss-Öffnungen, die geringer ist, als die gesamte Vielzahl von Anguss-Öffnungen, durch die Kunststoffmaterial zum Ausbilden der Kunststoffschicht gespritzt wird. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Untergruppe der Anguss-Öffnungen insbesondere eine Anzahl von etwa ein Viertel bis etwa drei Viertel der Vielzahl von Anguss-Öffnungen umfassen, vorzugsweise in etwa die Hälfte der Vielzahl von Anguss-Öffnungen umfassen.
Indem eine Vielzahl von Anguss-Öffnungen zur Ausbildung der Kunststoffschicht verwendet wird, kann zunächst vorteilhaft ein besonders gleichmäßiges Erstarren der Kunststoffschicht sichergestellt werden, wodurch die Kunststoffschicht im Weiteren vorteilhaft genau herstellbar ist. Dadurch kann das vorliegende Wälzlager vorteilhaft selbst mit Kunststoff einen vorbestimmten nominalen Durchmesser sowie eine vorbestimmte Toleranz oder Passung bereitstellen.
Indem die Untergruppe der Anguss-Öffnungen in der Nachdruckphase geschlossen wird, wobei die Anguss-Öffnungen der Untergruppe von Anguss-Öffnungen insbesondere druck- und/oder fluiddicht geschlossen werden, kann vorteilhaft eine im Wesentlichen gleichmäßige Faserorientierung entlang des Umfangs der Kunststoffschicht sichergestellt werden.
Es wurde gefunden, dass eine Faserorientierung beim Spritzgießen einer Kunststoffschicht an den Innenring und/oder den Außenring eines Wälzlagers, insbesondere im Bereich wo zwei oder mehr Kunststoffschmelzen aufeinander treffen, von der Faserorientierung im restlichen Bereich der Kunststoffschmelzen abweicht. Die zwei oder mehr Kunststoffschmelzen können sich beispielsweise ausgehend von einer einzelnen Anguss-Öffnung, durch verschiedene Wege entlang des Umfangs des Innenrings und/oder des Außenrings, bilden, oder ausgehend von mehreren Anguss-Öffnungen.
Indem die Untergruppe der Anguss-Öffnungen in der Nachdruckphase geschlossen wird, wobei die Anguss-Öffnungen der Untergruppe von Anguss-Öffnungen insbesondere druckdicht geschlossen werden, kann daher vorteilhaft die Faserorientierung entlang des Umfangs beeinflusst werden, und insbesondere so beeinflusst werden, dass eine Orientierung der Fasern im Wesentlichen entlang der Umfangsfläche des Innenrings und/oder des Außenrings, und insbesondere im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung, sichergestellt werden kann.
Mit anderen Worten kann, indem die Untergruppe der Anguss-Öffnungen in der Nachdruckphase geschlossen wird, insbesondere druckdicht geschlossen wird, mit größerer Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, dass sich Verstärkungsfasern, insbesondere im Bereich einer Schweißnaht, also einem Bereich wo zwei oder mehr Kunststoffschmelzen aufeinander treffen, im Wesentlichen entlang der Umfangsfläche des Innenrings und/oder des Außenrings, und insbesondere im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung, orientieren.
Beispielhaft können vier Anguss-Öffnungen bereitgestellt werden, um eine faserverstärkte Kunststoffschicht an eine innere Umfangsfläche des Innenrings und/oder eine äußere Umfangsfläche des Außenrings eines Wälzlagers mittels Spritzgießen anzubringen. Die vier Anguss-Öffnungen können dabei beispielhaft entlang des Umfangs des Innenrings und/oder des Außenrings in etwa äquidistant angeordnet sein. Zwischen den von den Anguss-Öffnungen ausgehenden Kunststoffschmelzen, welche Verstärkungsfasern enthalten, bilden sich beim Aufeinandertreffen Schweißnähte aus. Werden nach dem Einspritzen in der Nachdruckphase beispielhaft zwei entlang des Umfangs gegenüberliegende Anguss-Öffnungen geschlossen, und insbesondere druckdicht geschlossen, kann beispielhaft sichergestellt werden, dass sich im Bereich der Schweißnähte mehr als 50% der Verstärkungsfasern, insbesondere in etwa 60% bis etwa 90% der Verstärkungsfasern, im Wesentlichen entlang der Umfangsfläche des Innenrings und/oder des Außenrings, und insbesondere im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung, orientieren.
Dadurch kann vorteilhaft die Festigkeit der Kunststoffschicht im Bereich der Schweißnähte erhöht werden, wodurch vorteilhaft eine im Wesentlichen gleichmäßige Festigkeit der Kunststoffschicht, entlang des Umfangs, sichergestellt werden kann. Im Weiteren kann dadurch vorteilhaft die Lebensdauer des vorliegenden Wälzlagers erhöht werden, während gleichzeitig eine passgenaue Ausbildung der Kunststoffschicht für das Wälzlager ermöglicht wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings und/oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers, insbesondere eine Wälzlagers gemäß des Aspekts betreffend ein Wälzlager, mit einer Kunststoffschicht, wobei das Verfahren umfasst:

lösbares Verbinden eins Werkzeugeinlegeteils mit einem Werkzeughauptkörper;
Einsetzen des Innenrings und/oder des Außenrings in den Werkzeughauptkörper;
Umspritzen der inneren Umfangsfläche des Innenrings und/oder der äußeren Umfangsfläche des Außenrings mit Kunststoffmaterials, um die Kunststoffschicht auszubilden;
wobei das Werkzeugeinlegeteil eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweist, um in der Kunststoffschicht eine Vielzahl von Vertiefungen auszubilden,
wobei die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten der Kunststoffschicht und eine Vielzahl von Talabschnitten, die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten angeordnet sind, ausbilden,
wobei die Gipfelabschnitte und/oder die Talabschnitte jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte aufweisen, und
wobei die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung aufweisen, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in Radialrichtung vorsteht.

Insbesondere durch das lösbare Verbinden eines Werkzeugeinlegeteils mit einem Werkzeughauptkörper, kann die eine oder die mehreren Kunststoffschichten für ein Wälzlager auf modulare Weise hergestellt werden. Dadurch kann vorteilhaft die Herstellung des Innenrings und/oder des Außenrings vereinfacht werden, wobei vorteilhaft insbesondere mittels der Kunststoffschicht ein vorbestimmter nominaler Durchmesser und/oder eine vorbestimmte Toleranz oder Passung des Wälzlagers definiert oder ausgebildet werden kann. Dadurch können aufwendige Oberflächenbehandlungen, wie beispielsweise ein Schleifen des Innenrings und/oder des Außenrings, bei der Herstellung des Wälzlagers vorteilhaft erleichtert werden oder entfallen.
Das vorliegende Verfahren zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings und/oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers kann insbesondere Teil eines Verfahrens zur Herstellung eines Wälzlagers bilden, wobei die Schritte des Verfahrens zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings und/oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers vorzugsweise vor dem Bereitstellen des Innenrings und/oder des Außenrings erfolgt, um die Wälzkörper an dem Innenring und dem Außenring anzuordnen. Dadurch kann vorteilhaft eine Qualitätskontrolle des mit einer Kunststoffschicht versehenen Innenrings und/oder Außenrings vor der weiteren Montage stattfinden, wodurch vorteilhaft die Wahrscheinlichkeit von Ausschuss-Wälzlagern verringert werden kann.
Die vorstehend genannten bevorzugten, beispielhaften und alternativen Ausführungsformen bzgl. des Wälzlagers, bzgl. der Wälzlageranordnung und bzgl. des Werkzeugs zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers sowie deren jeweilige Effekte beziehen sich gleichermaßen auf das Verfahren zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings und/oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers, und umgekehrt.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, und dass einzelne Merkmale der Ausführungsformen im Rahmen der beiliegenden Ansprüche zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden können.
Es zeigt:

1 eine Wälzlageranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht;
2a ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht;
2b eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3a ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht;
3b ein weiteres Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht;
4a eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4b eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einem montierten Zustand;
5a eine Skizze einer Einspritzphase eines Verfahrens zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings und/oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers mit einer Kunststoffschicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5b eine Skizze einer Nachdruckphase eines Verfahrens zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings und/oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers mit einer Kunststoffschicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6a ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht;
6b ein weiteres Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht;
7a, 7b, 7c eine Skizze eines Werkzeugeinlegeteils für ein Werkzeug zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers mit einer Kunststoffschicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8a, 8b, 8c, 8d eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einem montierten Zustand; und
9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche eines Innenrings und/oder einer äußeren Umfangsfläche eines Außenrings eines Wälzlagers mit einer Kunststoffschicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Wälzlageranordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht.
Die in 1 gezeigte Wälzlageranordnung 10 umfasst insbesondere eine Welle 12, als beispielhaftes gelagertes Element, welches mittels zweier Wälzlager 18, 20 an einem Gehäuse 14, als beispielhaftes lagerndes Element, gelagert ist. Die Wälzlager 18, 20 sind dabei im Wesentlichen in Axialrichtung Ar, also insbesondere entlang der Achse A der Welle 12, zueinander beabstandet an dem Gehäuse 14 angeordnet.
Das Wälzlager 20 stellt ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der Erfindung da, weist also insbesondere eine Kunststoffschicht 60 auf. Das sonstige Wälzlager 18 stellt ein weiteres Wälzlager dar, und kann ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sein, also insbesondere eine Kunststoffschicht 60 umfassen, oder auch ein herkömmliches Wälzlager sein.
Eine Wälzlageranordnung 10, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfasst also zumindest ein Wälzlager 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und darüber hinaus insbesondere ein gelagertes Element, wie beispielsweise eine Welle 12, sowie ein lagerndes Element, wie beispielsweise ein Gehäuse 14 oder ein anderes strukturelles Bauteil.
Das lagernde Element, beispielsweise das Gehäuse 14, umfasst insbesondere jeweils einen Lagersitz 15, an dem das jeweilige Wälzlager 18, 20 angeordnet ist. Der Lagersitz 15 stellt dabei insbesondere eine dem Wälzlager 18, 20 zugewandte Umfangsfläche bereit, an dem eine äußere Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20 anordenbar ist. Der Lagersitz 15 bildet dabei mit der äußeren Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20 eine vorbestimmte Passung, wie beispielsweise eine Spielpassung, eine Übergangspassung oder eine Presspassung. Die Passung zwischen dem Lagersitz 15 und der äußeren Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20, also der in Radialrichtung Rr äußeren Fläche des Wälzlagers 18, 20, wird dabei durch die jeweilige Fertigungstoleranz bestimmt, mit der der Lagersitz 15 und die äußere Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20 hergestellt ist oder wird.
Wie in 1 beispielhaft gezeigt, bildet die Kunststoffschicht 60 des Wälzlagers 20 die in Radialrichtung Rr äußere Umfangsfläche des Wälzlagers 20. Dementsprechend wird die Passung zwischen dem Lagersitz 15 des lagernden Elements und dem Wälzlager 20 insbesondere durch die Fertigungstoleranz der Kunststoffschicht 60 mitbestimmt.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die in Radialrichtung Rr äußere Umfangsfläche des Wälzlagers 20 durch den Außenring 40 des Wälzlagers bereitgestellt sein, insbesondere durch die äußere Umfangsfläche 42 des Außenrings 40. In diesem Fall ist die Kunststoffschicht 60 insbesondere an dem Innenring 30 angeordnet. Die Passung zwischen dem Lagersitz 15 des lagernden Elements und dem Wälzlager 20 wird in diesem Fall insbesondere durch die Fertigungstoleranz des Außenrings 40 mitbestimmt.
Wie in 1 gezeigt, bildet die äußere Umfangsfläche des Wälzlagers 20, also die dem Lagersitz 15 des lagernden Elements zugewandte Umfangsfläche des Wälzlagers 20, einen nominalen Außendurchmesser Da. In der beispielhaften Ausführungsform in 1 wird der nominale Außendurchmesser Da daher durch die Kunststoffschicht 60, welche an dem Außenring 40 angeordnet ist, gebildet. Dadurch kann vorteilhaft eine die Rauheit der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 verringernde Oberflächenbehandlung des Außenrings 40, wie beispielsweise ein Schleifen, erleichtert werden oder entfallen, wodurch das aufgrund der Kunststoffschicht 60 elektrisch isolierende Wälzlager 20 besonders effizient herstellbar ist. Vielmehr ermöglicht sogar ein explizites Auslassen eines die Rauheit des Außenrings 40 verringernden Oberflächenbehandlung, dass die Kunststoffschicht 60 vorteilhaft fest an dem Außenring 40 anbringbar, insbesondere angießbar oder anspritzbar ist, wie beispielsweise mittels Spritzgießen.
Das gelagerte Element, beispielsweise die Welle 12, umfasst insbesondere jeweils einen Lagersitz 13, an dem das jeweilige Wälzlager 18, 20 angeordnet ist. Der Lagersitz 13 stellt dabei insbesondere eine dem Wälzlager 18, 20 zugewandte Umfangsfläche bereit, an dem eine innere Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20 anordenbar ist. Der Lagersitz 13 bildet dabei mit der inneren Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20 eine vorbestimmte Passung, wie beispielsweise eine Spielpassung, eine Übergangspassung oder eine Presspassung. Die Passung zwischen dem Lagersitz 13 und der inneren Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20, also der in Radialrichtung Rr inneren Fläche des Wälzlagers 18, 20, wird dabei durch die jeweilige Fertigungstoleranz bestimmt, mit der der Lagersitz 13 und die äußere Umfangsfläche des Wälzlagers 18, 20 hergestellt ist oder wird.
Wie in 1 beispielhaft gezeigt, bildet der Innenring 30 des Wälzlagers 20 die in Radialrichtung Rr innere Umfangsfläche des Wälzlagers 20. Dementsprechend wird die Passung zwischen dem Lagersitz 13 des gelagerten Elements und dem Wälzlager 20 insbesondere durch die Fertigungstoleranz des Innenrings 30 mitbestimmt.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die in Radialrichtung Rr innere Umfangsfläche des Wälzlagers 20 durch eine Kunststoffschicht 60 des Wälzlagers 20 bereitgestellt sein, die insbesondere an einer inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 angeordnet ist. Die Passung zwischen dem Lagersitz 13 des lagernden Elements und dem Wälzlager 20 wird in diesem Fall insbesondere durch die Fertigungstoleranz der Kunststoffschicht 60 mitbestimmt.
Wie in 1 gezeigt, bildet die innere Umfangsfläche des Wälzlagers 20, also die dem Lagersitz 13 des gelagerten Elements zugewandte Umfangsfläche des Wälzlagers 20, einen nominalen Innendurchmesser Di. In der beispielhaften Ausführungsform in 1 wird der nominale Innendurchmesser Di daher durch die innere Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 gebildet.
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine Kunststoffschicht 60 jeweils sowohl an der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet sein, als auch an der inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform wird die Passung sowohl hin zum Lagersitz 15 des lagernden Elements als auch hin zum Lagersitz 13 des gelagerten Elements jeweils durch die Fertigungstoleranz der dort angrenzende Kunststoffschicht 60 mitbestimmt. Bei dieser Ausführungsform kann vorteilhaft eine die Rauheit der inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 und der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 verringernde Oberflächenbehandlung, wie beispielsweise ein Schleifen, erleichtert werden oder entfallen, wodurch das aufgrund der Kunststoffschicht 60 elektrisch isolierende Wälzlager 20 besonders effizient herstellbar ist. Ein explizites Auslassen einer die Rauheit der inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 und der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 verringernden Oberflächenbehandlung ermöglicht vorteilhaft, dass die Kunststoffschicht 60 fest jeweils an dem Innenring 30 und dem Außenring 40 anbringbar, insbesondere angießbar oder anspritzbar ist, wie beispielsweise mittels Spritzgießen.
Wie in 1 gezeigt, weist das Wälzlager 20 mehrere Wälzkörper 50 auf, welche entlang der Umfangsrichtung Ur zwischen dem Innenring 30 und dem Außenring 40 angeordnet sind, insbesondere zwischen der äußeren Umfangsfläche 32 des Innenrings 30 und der inneren Umfangsfläche 41 des Außenrings 40.
Wie in 1 beispielhaft gezeigt, ist die Kunststoffschicht 60 insbesondere an der in der Radialrichtung Rr äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet. Die Kunststoffschicht 60 weist dabei insbesondere eine Dicke auf, welche entlang der Radialrichtung Rr an die äußere Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 nach außen anschließt. Mit anderen Worten kann sich die Kunststoffschicht 60 insbesondere entlang der Radialrichtung Rr radial nach außen an die äußere Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 anschließen. Darüber hinaus kann, wie in 1 gezeigt, die Kunststoffschicht 60 insbesondere abschnittsweise auch an der in Axialrichtung Ar vorderen und/oder hinteren Stirnfläche des Außenrings 40 angeordnet sein. Dadurch kann die Kunststoffschicht 60 insbesondere formschlüssig an dem Außenring 40 angeordnet sein oder werden, wodurch vorteilhaft die Festigkeit der Anbindung der Kunststoffschicht 60 an den Außenring 40 erhöht wird.
Wie zwar nicht in 1 gezeigt, kann die Kunststoffschicht 60 jedoch auch insbesondere an der in der Radialrichtung Rr inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 angeordnet sein. Die Kunststoffschicht 60 weist dabei insbesondere eine Dicke auf, welche entgegen der Radialrichtung Rr an die innere Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 nach innen anschließt. Mit anderen Worten kann sich die Kunststoffschicht 60 insbesondere parallel entgegengesetzt der Radialrichtung Rr radial nach innen an die innere Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 anschließen. Darüber hinaus kann, wie in 1 gezeigt, die Kunststoffschicht 60 insbesondere abschnittsweise auch an der in Axialrichtung Ar vorderen und/oder hinteren Stirnfläche des Innenrings 30 angeordnet sein. Dadurch kann die Kunststoffschicht 60 insbesondere formschlüssig an dem Innenring 30 angeordnet sein oder werden, wodurch vorteilhaft die Festigkeit der Anbindung der Kunststoffschicht 60 an den Innenring 30 erhöht wird.
Während in 1 das Wälzlager 20 mit der Kunststoffschicht 60 beispielhaft als Loslager dargestellt ist, kann insbesondere auch ein Festlager durch das Wälzlager 20, welches insbesondere die Kunststoffschicht 60 umfasst, gebildet sein.
2a zeigt ein Wälzlager 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht. Die Schnittansicht entspricht daher einer Ansicht auf eine Schnittebene durch ein Wälzlager 20, welche im Wesentlichen durch die Axialrichtung Ar und die Radialrichtung Rr aufgespannt ist. Das in 2a gezeigte Wälzlager 20 entspricht insbesondere im Wesentlichen dem Wälzlager 20, wie in 1 gezeigt.
Wie in 2a gezeigt, umfasst das Wälzlager 20 der Radialrichtung Rr von innen nach außen folgend insbesondere einen Innenring 30, mehrere Wälzkörper 50, einen Außenring 40 und eine Kunststoffschicht 60.
Die Kunststoffschicht 60 ist insbesondere an der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet. Wie beispielhaft weiter in 2a gezeigt, kann die Kunststoffschicht 60 insbesondere eine in Axialrichtung Ar vordere Stirnfläche des Außenrings 40 und/oder eine in Axialrichtung Ar hintere Stirnfläche des Außenrings 40 überlappen, wobei die die Stirnflächen überlappenden Abschnitte vorzugsweise einstückig mit dem Abschnitt ausgebildet sind, der an der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet ist.
Wie in 2a gezeigt, wird der nominale Außendurchmesser Da des Wälzlagers 20 insbesondere durch die Kunststoffschicht 60 gebildet, welche in Radialrichtung Rr außen an dem Außenring 40 angeordnet ist. Entsprechend der in 2a dargestellten Ausführungsform wird der nominale Innendurchmesser Di des Wälzlagers 20 durch den Innenring 30 gebildet, insbesondere durch die in Radialrichtung innere Umfangsfläche 31 des Innenrings 30. Durch die Kunststoffschicht 60 weist das Wälzlager 20 vorteilhaft elektrisch isolierende Eigenschaften auf, so dass insbesondere die Gefahr von elektrischer Korrosion zwischen dem Wälzlager 20 und einem gelagerten Element und/oder einem lagernden Element verringert werden kann.
Wie in 2a gezeigt, kann eine Vielzahl von Wälzkörpern 50 zwischen dem Innenring 30 und dem Außenring 40 insbesondere entlang der Umfangsrichtung Ur angeordnet sein. Die Wälzkörper 50 können dabei insbesondere zwischen der in Radialrichtung Rr äußeren Umfangsfläche 32 des Innenrings 30 und der in Radialrichtung Rr inneren Umfangsfläche 41 des Außenrings angeordnet sein. Der Innenring 30 und/oder der Außenring 40 können insbesondere jeweils eine Nut zum gleitenden Führen der Wälzkörper 50 aufweisen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
2b zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht 60 eines Wälzlagers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2b gibt dabei eine Schnittdarstellung wieder, mit einer Schnittebene, die im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur und in Radialrichtung Rr aufgespannt ist, mit anderen Worten also im Wesentlichen quer zur Axialrichtung Ar aufgespannt ist.
2b zeigt beispielhaft eine Kunststoffschicht 60, welche an der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet ist. Die in 2b dargestellte Kunststoffschicht 60 kann also insbesondere der Kunststoffschicht 60 entsprechen, wie in den 1 und 2a gezeigt.
Wie in 2b gezeigt, weist die Kunststoffschicht 60 eine Vielzahl von Vertiefungen auf, wodurch vorteilhaft Lufttaschen 65 hin zu einem angrenzenden Lagersitz bereitgestellt werden können.
Wie in 2b gezeigt, ist die Vielzahl von Vertiefungen im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung Ur in der Kunststoffschicht 60 ausgebildet. Wie in 2b veranschaulicht, können sich dabei im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur Gipfelabschnitte 62 und Talabschnitte 64 der Kunststoffschicht 60 abwechseln, wobei die Gipfelabschnitte 62 jeweils eine größere Dicke in Radialrichtung Rr aufweisen, als die Talabschnitte 64. Zwischen zwei im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur benachbarten Gipfelabschnitten 62 kann dadurch jeweils eine Vertiefung in der Kunststoffschicht 60 gebildet sein, welche im montierten Zustand des Wälzlagers 20, wie beispielhaft in den 1 und 4b gezeigt, eine Lufttasche 65 hin zu einem angrenzenden Lagersitz 13, 15 sicherstellt. Durch die Vertiefungen können vorteilhaft die elektrisch isolierenden Eigenschaften der Kunststoffschicht 60 verbessert werden, so dass die Gefahr von elektrischer Korrosion an dem Wälzlager 20 vorteilhaft verringert wird.
Wie in 2b gezeigt, können sich die Vertiefungen zwischen zwei benachbarten Gipfelabschnitten 62 insbesondere im Wesentlichen in Axialrichtung Ar erstrecken. Dadurch wird vorteilhaft die Herstellbarkeit der Kunststoffschicht 60, insbesondere die Herstellbarkeit der Kunststoffschicht 60 mittels Spritzgießen, erleichtert.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen können sich die Vertiefungen im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur oder in einer Richtung zwischen der Umfangsrichtung Ur und der Axialrichtung Ar erstrecken.
Wie in 2b gezeigt, wird der nominale Durchmesser Da insbesondere durch die Dicke t1 der Gipfelabschnitte 62 der Kunststoffschicht 60 definiert. Indem die Kunststoffschicht 60 im Bereich der Talabschnitte 64 eine gegenüber der Dicke t1 verringerte Dicke aufweist, können vorteilhaft Lufttaschen 65 hin zu einem angrenzenden Lagersitz bereitgestellt werden, welche die elektrisch isolierenden Eigenschaften des Wälzlagers 20 verbessern. Durch die Dicke t2 ist dabei beispielhaft eine Dicke der Kunststoffschicht 60 im Bereich eines allgemeinen Talabschnitts 64 gekennzeichnet. Anhand der in 2b beispielhaft dargestellten Dicke t3 kann eine Dicke der Kunststoffschicht 60 im Bereich einer Anguss-Öffnung 70 (nicht in 2b gezeigt, vgl. jedoch insbesondere 5a), beispielsweise zum Spritzgießen, definiert werden. Die Kunststoffschicht 60 weist insbesondere mehr allgemeine Talabschnitte 64 auf, als Talabschnitte 64 im Bereich einer Anguss-Öffnung 70.
In bevorzugten Ausführungsformen sind die Dicken t2 und t3 jeweils kleiner als die Dicke t1. Dies stellt zunächst die Bildung von Lufttaschen 65 im montierten Zustand des Wälzlagers 20 sicher. Die Dicke t3 im Bereich einer Anguss-Öffnung ist vorzugsweise größer als die Dicke t2 und kleiner als die Dicke t1. Dies ermöglicht vorteilhaft, dass beim Trennen des Angusses von der Kunststoffschicht 60 nach dem Spritzgießen, wobei ein geringfügiges Abbrechen von Kunststoffmaterial im Bereich der Angussöffnung auftreten kann, eine ausreichende Dicke der Kunststoffschicht 60 sichergestellt ist, die auch nach dem Trennen des Angusses von der Kunststoffschicht 60 in etwa die Dicke t2 aufweist.
Die Dicke t1 der Kunststoffschicht 60 im Bereich der jeweiligen Gipfelabschnitte 62 kann insbesondere im Bereich von etwa 0,4 mm bis etwa 6 mm liegen, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm liegen.
Mittels der Dicke t1 kann das Wälzlager 20 voreilhaft mit einer elektrisch isolierenden Eigenschaft versehen werden, wobei gleichzeitig, insbesondere wegen des geringen Schwunds aufgrund der geringen Wandstärke, eine hohe Genauigkeit bei der Herstellung der Kunststoffschicht 60 sichergestellt werden kann.
Die Dicke t2 der Kunststoffschicht 60 im Bereich der jeweiligen Talabschnitte 64 liegt vorzugsweise im Bereich des etwa 0,3-fachen bis zum etwa 0,8-fachen der Dicke t1 der Kunststoffschicht 60 im Bereich der Gipfelabschnitte 62, also: t2 = t1 x 0,3 bis t2 = t1 x 0,8.
Mit anderen Worten kann die Dicke t2 der Kunststoffschicht 60 im Bereich der jeweiligen Talabschnitte 64 im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 4,8 mm liegen, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 4 mm liegen.
Die Dicke t3 der Kunststoffschicht 60 im Bereich jeweiliger Talabschnitte 64 an denen eine Anguss-Öffnung 70 zum Zuführen von Kunststoffmaterial angeordnet ist, liegt vorzugsweise im Bereich des etwa 1,1-fachen bis zum etwa 1,5-fachen der Dicke t2 der Kunststoffschicht 60 im Bereich der sonstigen Talabschnitte, also: t3 = t2 x 1,1 bis t3 = t2 x 1,5, wobei vorzugsweise die Dicke t3 der Kunststoffschicht 60 im Bereich der jeweiligen Anguss-Öffnungen 70 kleiner ist als die Dicke t1 der Kunststoffschicht 60 im Bereich der Gipfelabschnitte 62.
Die Dicke einer Lufttasche 65, gebildet durch eine Vertiefung zwischen zwei benachbarten Gipfelabschnitten 62 ergibt sich daher im Wesentlichen aus der Differenz zwischen der Dicke t1 zur jeweiligen Dicke t2 oder t3 der Kunststoffschicht 60. Einen zusätzlichen Einfluss auf die Dicke einer Lufttasche 65 hat insbesondere die Passung hin zum angrenzenden Element, und haben erfindungsgemäß daher die Toleranzausgleichsvorsprünge 68, wie insbesondere in den 8a bis 8d gezeigt. Weist das Wälzlager 20 zum angrenzenden Element eine Presspassung auf, so ist die Lufttasche 65 wegen des durch die Passung vermeintlich verringerten nominalen Durchmessers geringfügig verringert. Weist das Wälzlager 20 zum angrenzenden Element stattdessen eine Übergangs- oder eine Spielpassung auf, so ist die Lufttasche 65 im Vergleich zur Presspassung geringfügig vergrößert.
Eine Breite 11 stellt eine Abmessung entlang der alternierenden Anordnung von Gipfelabschnitten 62 und Talabschnitten 64 dar, entsprechend 2b also insbesondere entlang der Umfangsrichtung Ur dar, entlang der die Kunststoffschicht 60 die Dicke t1 aufweist. Der Gipfelabschnitt 62 stellt daher insbesondere einen im Wesentlichen abgeflachten Abschnitt dar, welcher über die Breite 11 die Dicke t1 aufweist. Die Breite 11 kann insbesondere in einem Bereich von etwa einem 360-tel bis etwa einem 24-tel des betreffenden nominalen Außendurchmessers Da oder nominalen Innendurchmessers Di liegen, je nachdem ob die Kunststoffschicht 60 am Außenring 40 oder am Innenring 30 des Wälzlagers 20 angeordnet ist. In der Darstellung in 2b kann die Breite 11 daher insbesondere in einem Bereich von etwa einem 360-tel bis etwa einem 24-tel des nominalen Außendurchmessers Da des Wälzlagers 20 liegen.
Eine Breite I2 stellt eine Abmessung entlang der alternierenden Anordnung von Gipfelabschnitten 62 und Talabschnitten 64 dar, entsprechend 2b also insbesondere entlang der Umfangsrichtung Ur dar, entlang der die Kunststoffschicht 60 die Dicke t2 aufweist. Der Talabschnitt 64 stellt daher insbesondere einen im Wesentlichen abgeflachten Abschnitt dar, welcher über die Breite I2 die Dicke t2 aufweist. Die Breite I2 kann insbesondere in einem Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 5 mm liegen, bevorzugt im Bereich von etwa 0,4 mm bis etwa 4 mm liegen.
Die Breite entlang der die Kunststoffschicht 60 die Dicke t3 aufweist, kann insbesondere größer sein als die Breite I2, wobei die Breite entlang der die Kunststoffschicht 60 die Dicke t3 aufweist insbesondere von der Größe der angrenzenden Anguss-Öffnung 70 abhängen kann.
Die Breiten wie hierin erwähnt, also insbesondere die Breiten I1 und I2, stellen ein Maß entlang des Umfangs bzw. entlang des Bogens dar, den das Wälzlager 20 durch die Kunststoffschicht 60 mittels des jeweiligen Radius entlang der radialen Richtung Rr aufweist.
Der Öffnungswinkel w1 eines Talabschnitts 64, also zwischen zwei sich gegenüberliegenden Flanken von Gipfelabschnitten 62, welche am Talabschnitt 64 angrenzen, kann insbesondere im Bereich von etwa 50° bis etwa 130°, bevorzugt im Bereich von etwa 60° bis etwa 120° liegen. Dies ermöglicht vorteilhaft eine ausreichende und gleichmäßige Fließfähigkeit bei einem Spritzgießen der Kunststoffschicht 60 sicherzustellen und stellen vorteilhaft gleichzeitig eine geeignete Kraftleitung zwischen einem lagernden Element und einem gelagerten Element sicher.
Die gegenüberliegenden Flanken können insbesondere im Wesentlichen V-förmig oder U-förmig gebildet sein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Mittels der bevorzugten Maße der Kunststoffschicht 60, insbesondere anhand der Maße betreffend die Talabschnitte 64, können vorteilhaft die elektrisch isolierenden Eigenschaften des Wälzlagers 20 verbessert und insbesondere justiert werden.
Die 3a und 3b zeigen jeweils ein Wälzlager 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht. Die Schnittebene der Schnittansicht ist dabei im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur und Radialrichtung Rr aufgespannt, also insbesondere im Wesentlichen quer zur Axialrichtung Ar oder im Wesentlichen quer zur Achse A aufgespannt.
Die Darstellung des Wälzlagers 20 in 3a kann insbesondere im Wesentlichen dem Wälzlager 20, wie in den 1, 2a und 2b gezeigt, entsprechen. Die Darstellung in 3b stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Wälzlagers 20 dar, wobei die Kunststoffschicht 60 an der inneren Umfangsseite 31 des Innenrings 30 angeordnet ist, und nicht an der äußeren Umfangsseite 42 des Außenrings 40 angeordnet ist. Davon abgesehen, kann das Wälzlager 20 in 3b im Wesentlichen dem Wälzlager 20, wie in den 1, 2a, 2b und 3a gezeigt, entsprechen.
Wie durch die 3a und 3b beispielhaft gezeigt, kann das Wälzlager 20 insbesondere einen Käfig 52 umfassen, an dem die Wälzkörper 50 im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung Ur zueinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet angeordnet sind.
Wie in 3a gezeigt, weist die Kunststoffschicht 60, welche an der in Radialrichtung Rr äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet ist, entlang der Umfangsrichtung Ur einander abwechselnd Gipfelabschnitte 62 und Talabschnitte 64 auf, wobei die Kunststoffschicht 60 im Bereich der Gipfelabschnitte 62 eine Dicke t1 aufweist und im Bereich der Talabschnitte eine Dicke t2 aufweist, wobei die Dicke t1 größer ist als die Dicke t2. Mit anderen Worten sind die Gipfelabschnitte 62 und Talabschnitte 64 so in der Kunststoffschicht 60, welche an der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet ist, ausgebildet, dass die Gipfelabschnitte 64 in Radialrichtung Rr einen größeren Radius aufweisen, als die Talabschnitte 62, und dadurch radial nach außen gegenüber den Talabschnitten 62 vorstehen.
Bei der beispielhaften Ausführungsform aus 3a wird der nominale Außendurchmesser Da des Wälzlagers 20, also die in Radialrichtung Rr äußere Abmessung des Wälzlagers 20, durch die Kunststoffschicht 60, und insbesondere durch die Gipfelabschnitte 62 der Kunststoffschicht 60 gebildet. Der nominale Innendurchmesser Di des Wälzlagers 20, also die in Radialrichtung Rr innere Abmessung des Wälzlagers 20, wird durch den Innenring 30, insbesondere durch die innere Umfangsfläche 31 des Innenrings 31 gebildet.
Wie in 3b gezeigt, weist die Kunststoffschicht 60, welche an der in Radialrichtung Rr inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 angeordnet ist, entlang der Umfangsrichtung Ur einander abwechselnd Gipfelabschnitte 62 und Talabschnitte 64 auf, wobei die Kunststoffschicht 60 im Bereich der Gipfelabschnitte 62 eine Dicke t1 aufweist und im Bereich der Talabschnitte eine Dicke t2 aufweist, wobei die Dicke t1 größer ist als die Dicke t2. Mit anderen Worten sind die Gipfelabschnitte 62 und Talabschnitte 64 so in der Kunststoffschicht 60, welche an der inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 angeordnet ist, ausgebildet, dass die Gipfelabschnitte 64 in Radialrichtung Rr einen kleineren Radius aufweisen, als die Talabschnitte 62, und dadurch radial nach innen gegenüber den 62 Talabschnitten vorstehen.
Bei der beispielhaften Ausführungsform aus 3b wird der nominale Außendurchmesser Da des Wälzlagers 20 durch den Außenring 40, insbesondere durch die äußere Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 gebildet. Der nominale Innendurchmesser Di des Wälzlagers 20 wird durch die Kunststoffschicht 60, und insbesondere durch die Gipfelabschnitte 62 der Kunststoffschicht 60 gebildet.
4a zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht 60 eines Wälzlagers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4a veranschaulicht dabei ein bevorzugtes Flächenverhältnis zwischen den Gipfelabschnitten 62 und den Talabschnitten 64 einer Kunststoffschicht 60. Das Verhältnis der Fläche eines Gipfelabschnitts 62 zur Fläche eines angrenzenden Talabschnitts 64 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,20 bis etwa 4,0, besonders bevorzugt im Bereich von etwa 0,25 bis etwa 3,0. Dieser Bereich des Flächenverhältnisses stellt dabei vorteilhaft eine vorbestimmte elektrisch isolierende Wirkung durch die Kunststoffschicht 60 sicher, während durch die Geometrie ein gleichmäßiges Fließverhalten beim Spritzgießen der Kunststoffschicht 60 sichergestellt wird.
Die Fläche des Gipfelabschnitts 62 ist dabei insbesondere die Fläche, in der die Kunststoffschicht 60 die Dicke t1 aufweist. Die Fläche des einen angrenzenden Talabschnitts 64 ist insbesondere die Fläche eines in Umfangsrichtung Ur an den Gipfelabschnitt 62 angrenzenden Talabschnitt 64, in dem die Kunststoffschicht 60 die Dicke t2 aufweist.
4b zeigt eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht 60 eines Wälzlagers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einem montierten Zustand. 4b gibt dabei beispielhaft einen Zustand wieder, in dem das Wälzlager 20 an einen Lagersitz 15 eines lagernden Elements, wie beispielsweise eines Gehäuses 14, wie in 1 gezeigt, angeordnet ist. Die Darstellung in 4b entspricht im Wesentlichen der aus 2b, wobei nun zusätzlich der angrenzende Lagersitz 15, so dass auf die Ausführungen zu 2b vollumfassend verwiesen wird.
4b veranschaulicht gegenüber 2b insbesondere die Luftspalte oder Lufttaschen 65, welche sich im Bereich der Vertiefungen der Kunststoffschicht 60, insbesondere zwischen den Talabschnitten 64 und dem angrenzenden Lagersitz 15 bilden.
5a zeigt eine Skizze einer Einspritzphase EP eines Verfahrens zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche 31 eines Innenrings 30 und/oder einer äußeren Umfangsfläche 42 eines Außenrings 40 eines Wälzlagers 20 mit einer Kunststoffschicht 60, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5b zeigt eine Skizze einer Nachdruckphase NP eines Verfahrens zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche 31 eines Innenrings 30 und/oder einer äußeren Umfangsfläche 42 eines Außenrings 40 eines Wälzlagers 20 mit einer Kunststoffschicht 60, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 5a und 5b geben das Wälzlager 20 lediglich schematisch, und davon insbesondere den Außenring 40 und den Innenring 30 wieder. Es versteht sich, dass obwohl die Kunststoffschicht 60 in den 5a und 5b bereits dargestellt ist, insbesondere mit Gipfelabschnitten 62 und Talabschnitten 64 dargestellt ist, die Kunststoffschicht 60 durch das Umspritzen erst noch gebildet werden muss. Die Darstellung der 5a und 5b soll sich daher im Wesentlichen auf die Anguss-Öffnungen 70 richten, durch die Kunststoffmaterial 60 an den Außenring 40 und/oder den Innenring 30 angebracht, insbesondere angespritzt oder angegossen wird.
5a gibt beispielhaft 4 Anguss-Öffnungen 70 wieder, wobei die Anzahl der Anguss-Öffnungen 70 insbesondere in Abhängigkeit der Größe des Wälzlagers 20, und daher insbesondere in Abhängigkeit des nominalen Durchmessers Da, Di bestimmbar ist. Die Anzahl der Anguss-Öffnungen 70 kann daher insbesondere in etwa 2 bis 8 betragen, ohne darauf beschränkt zu sein, wobei mehr Anguss-Öffnungen 70 verwendet werden, je größer das Wälzlager ist.
Wird, wie in 5a gezeigt, beispielhaft eine Mehrzahl von Anguss-Öffnungen 70 verwendet, um eine Kunststoffschicht 60 an einen Innenring 30 oder einen Außenring 40 anzuspritzen, kann vorteilhaft eine gleichmäßige Erstarrung des spritzgegossenen Kunststoffmaterials sichergestellt werden, wodurch die Kunststoffschicht 60 für ein Wälzlager 20 mit hoher Genauigkeit ausbildbar ist.
In der Einspritzphase EP sind daher vorzugsweise alle Anguss-Öffnungen 70 geöffnet, also alle Anguss-Öffnungen 70 geöffnete Anguss-Öffnungen 71.
Nach der Einspritzphase EP (5a) und um eine Schwindung des eingespritzten Kunststoffmaterials zu kompensieren wird danach in der Nachdruckphase NP (5b) weiterhin Kunststoffmaterial in die Kavität gedrückt. In der Nachdruckphase NP übt die Schnecke weiterhin Druck auf das bereits eingespritzte Kunststoffmaterial aus.
Es wurde festgestellt, dass wenn in der Nachdruckphase eine Untergruppe der Anguss-Öffnungen 70 verschlossen wird, dass insbesondere an einer Schweißgrenze, also dort wo mehrere Schmelzfronten von Kunststoffmaterial aufeinander treffen, möglicherweise eingespritzte Verstärkungsfasern mit höherer Wahrscheinlichkeit in Umfangsrichtung Ur orientiert werden können. Der Anteil an Verstärkungsfasern, beispielsweise Glasfasern, welche im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur orientiert sind, wird dadurch insbesondere im Bereich von Schweißgrenzen, also dort wo mehrere Schmelzfronten von Kunststoffmaterial aufeinander treffen, vorteilhaft erhöht. Die Kunststoffschicht 60 kann dadurch mit einer verbesserten Festigkeit in Umfangsrichtung Ur versehen werden, wodurch vorteilhaft die Lebensdauer des Wälzlagers 20 verbessert werden kann.
Außerhalb der Schweißgrenzen, also im Bereich der freien Schmelzen, ist die Orientierung der Verstärkungsfasern, aufgrund der im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur orientierten Fließrichtung in der Kavität, im Allgemeinen bereits im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur. Indem der im Wesentlichen in Umfangsrichtung Ur orientierte Anteil an Verstärkungsfasern im Bereich der Schweißgrenzen vergrößert wird, kann daher insbesondere auch eine im Wesentlichen gleichmäßige Festigkeit der Kunststoffschicht 60 entlang der Umfangsrichtung Ur sichergestellt werden, und dadurch die Lebensdauer des Wälzlagers 20 erhöht werden.
In der Nachdruckphase NP kann daher beispielsweise eine Untergruppe von Anguss-Öffnungen 70 geschlossen werden, insbesondere druckdicht geschlossen werden, so dass in der Nachdruckphase NP eine Anzahl von geöffneten Anguss-Öffnungen 71 bereitgestellt ist, und eine Anzahl von geschlossenen, insbesondere druckdicht geschlossenen Anguss-Öffnungen 72 bereitgestellt ist. Die Untergruppe geschlossener Anguss-Öffnungen 72 kann dabei in etwa ein Viertel bis etwa drei Viertel der bereitgestellten Anguss-Öffnungen 70 betragen. Beispielsweise kann in der Nachdruckphase NP insbesondere eine Untergruppe von einander gegenüberliegenden Anguss-Öffnungen 70 geschlossen werden, vorzugsweise so dass eine andere Gruppe voneinander gegenüberliegenden Anguss-Öffnungen 70 geöffnet bleibt.
6a und 6b zeigen jeweils ein Wälzlager 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Schnittansicht. Die Schnittansicht weist dabei eine Schnittebene auf, die im Wesentlichen in Axialrichtung Ar und in Radialrichtung Rr aufgespannt ist.
Wie in den 6a und 6b gezeigt, kann das Wälzlager 20 insbesondere einen Käfig 52 aufweisen, an dem die Wälzkörper 50 entlang der Umfangsrichtung Ur angeordnet sind.
Das in 6a dargestellt Wälzlager 20 weist insbesondere eine Kunststoffschicht 60 an einer äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 auf. Das Wälzlager 20 kann daher insbesondere im Wesentlichen dem Wälzlager 20, wie in den 1, 2a, 2b, 3a, 4a und 4b dargestellt, entsprechen. Das Wälzlager 20 ist an einem Lagersitz 15 angeordnet, der durch ein lagerndes Element, wie beispielsweise einem Gehäuse 14 bereitgestellt ist.
Das in 6b dargestellt Wälzlager 20 weist insbesondere eine Kunststoffschicht 60 an einer inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 auf. Das Wälzlager 20 kann daher insbesondere im Wesentlichen dem Wälzlager 20, wie in 3b dargestellt, entsprechen. Das Wälzlager 20 ist an einem Lagersitz 13 angeordnet, der durch ein gelagertes Element, wie beispielsweise einer Welle 12 bereitgestellt ist.
Die Wälzlager 20, wie in den 6a und 6b gezeigt, sind insbesondere im Bereich eines Gipfelabschnitts 62 der Kunststoffschicht 60 geschnitten. Die 6a und 6b verdeutlichen dabei, dass in erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer oder mehrere Toleranzvorsprünge 68 an der Kunststoffschicht 60, und insbesondere an den jeweiligen Gipfelabschnitten 62 der Kunststoffschicht 60 angeordnet sind welche eine Passung, wie beispielsweise eine Spielpassung, eine Übergangspassung oder eine Presspassung zusammen mit dem jeweiligen angrenzenden Lagersitz 13, 15 definieren.
Die 6a und 6b zeigen eine beispielhafte Ausführungsform, wobei die Vertiefungen der Kunststoffschicht 60, und entsprechend auch die Gipfelabschnitte 62 der Kunststoffschicht 60, sich im Wesentlichen in Axialrichtung Ar erstrecken.
Wie durch die 6a und 6b gezeigt, können erfindungsgemäß dabei eine Mehrzahl von Toleranzvorsprüngen 68 an einem Gipfelabschnitt 62 der Kunststoffschicht 60 angeordnet sein, und dadurch eine Toleranz hin zum angrenzenden Lagersitz 13, 15 definieren. In anderen beispielhaften und erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann lediglich ein Toleranzvorsprung 68 an einem Gipfelabschnitt 62 angeordnet sein, wobei sich der eine Toleranzvorsprung 68 im Wesentlichen in Axialrichtung Ar erstreckt, und beispielhaft im Wesentlichen die gleiche Länge aufweist, wie der Gipfelabschnitt 62.
Die Ausbildung der Toleranzvorsprünge 68 an den Gipfelabschnitten 62 kann insbesondere in Abhängigkeit der vorbestimmten Passung zum angrenzenden Lagersitz 13, 15 und/oder in Abhängigkeit der Materialpaarung aus Kunststoffschicht und angrenzendem Lagersitz 13, 15 bestimmbar sein.
Die Toleranzausgleichsvorsprünge 68 stellen insbesondere Vorsprünge dar, welche von den Gipfelabschnitten 62, insbesondere von den im Wesentlichen abgeflachten Abschnitten, welche die Gipfelabschnitte 62 bilden oder bereitstellen, hin zum angrenzenden Lagersitz 13, 15 vorspringen. Mit anderen Worten stellen die Toleranzausgleichsvorsprünge 68 Vorsprünge dar, welche von einer von den Gipfelabschnitten 62 bereitgestellten Grundfläche in eine im Wesentlichen den Wälzkörpern 50 abgewandte Richtung vorspringen. Mit noch anderen Worten stellen Toleranzausgleichsvorsprünge 68 insbesondere Vorsprünge dar, welche von Gipfelabschnitten 62 einer Kunststoffschicht 60, die am Außenring 40 angeordnet ist, im Wesentlichen in Radialrichtung Rr dem Außenring 40 abgewandt vorspringen. Entsprechend stellen Toleranzausgleichsvorsprünge 68 insbesondere Vorsprünge dar, welche von Gipfelabschnitten 62 einer Kunststoffschicht 60, die am Innenring 30 angeordnet ist, im Wesentlichen in zur Radialrichtung Rr parallel entgegengesetzten Richtung dem Innenring 30 abgewandt vorspringen.
In bevorzugten und erfindungsgemäßen Ausführungsformen, weist jeder Gipfelabschnitt 62 einen oder mehrere Toleranzausgleichsvorsprünge 68 auf. Dadurch kann vorteilhaft eine entlang der Umfangsrichtung Ur im Wesentlichen gleichmäßige Passung zu mit einem angrenzenden Lagersitz 13, 15 gebildet werden.
Ein Toleranzausgleichsvorsprung 68 kann beispielhaft insbesondere eine Dicke von etwa 5 µm bis etwa 20 µm aufweisen.
7a, 7b, 7c zeigen jeweils eine Skizze eines Werkzeugeinlegeteils 90 für ein Werkzeug zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche 31 eines Innenrings 30 oder einer äußeren Umfangsfläche 42 eines Außenrings 40 eines Wälzlagers 20 mit einer Kunststoffschicht 60, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Werkzeugeinlegeteil 90 ist insbesondere lösbar mit einem Werkzeughauptkörper (nicht in den 7a, 7b und 7c dargestellt) verbindbar. Das Werkzeugeinlegeteil 90 stellt daher ein modulares Mittel zum Einstellen der Kunststoffschicht 60 an dem Innenring 30 oder dem Außenring 40 bereit. Mittels des Werkzeugeinlegeteils 90, und wie durch die unterschiedlichen beispielhaften Ausführungsformen in den 7a, 7b und 7c gezeigt, kann vorteilhaft sowohl Form als auch Dicke der Kunststoffschicht 60 vordefiniert werden. Somit kann vorteilhaft modular und wiederholgenau sowohl der nominale Durchmesser des Wälzlagers 20 als auch insbesondere die Toleranz des Wälzlagers 20 hergestellt werden.
Wie in den 7a, 7b und 7c gezeigt, kann das Werkzeugeinlegeteil 90 dabei eine Mehrzahl von einander abwechselnden Rücksprüngen 92 und Vorsprüngen 94 aufweisen, um entsprechende Gipfelabschnitte 62 und Talabschnitte 64, oder um entsprechende Toleranzausgleichsvorsprünge 68, insbesondere mittels Spritzgießen, herzustellen und auszubilden.
Auf eine möglicherweise notwendige Krümmung des Werkzeugeinlegeteils 90, gemäß einer Umfangsrichtung Ur, wurde in den Darstellungen der 7a, 7b und 7c zur Vereinfachung verzichtet. Es versteht sich, dass die Werkzeugeinlegeteilte 90, sofern nötig, insbesondere eine für die Ausbildung der Kunststoffschicht 60 an der inneren Umfangsfläche 31 des Innenrings 30 sowie der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 entsprechende Krümmung aufweisen können.
8a, 8b, 8c, 8d zeigen jeweils eine vergrößerte Darstellung einer Kunststoffschicht 60 eines erfindungsgemäßen Wälzlagers 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einem montierten Zustand. In den 8a, 8b, 8c, 8d ist die Kunststoffschicht 60, und insbesondere der Gipfelabschnitte 62 der Kunststoffschicht 62, jeweils einen oder mehrere Toleranzausgleichsvorsprünge 68 aufweisen dargestellt.
Wie in 8a dargestellt, und gleichermaßen für die 8b, 8c und 8d geltend, kann die Kunststoffschicht 60 insbesondere an der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet sein und in Umfangsrichtung Ur alternierend jeweils einen Gipfelabschnitt 62 und einen Talabschnitt 64 aufweisen. Dabei weist die Kunststoffschicht 60 im Bereich der Talabschnitte 64 die Dicke t2 auf, und im Bereich der Gipfelabschnitte 62 die Dicke t1 auf, welche größer ist als die Dicke t2. Während der nominale Durchmesser des Wälzlagers 20 durch die Dicke t1 der Kunststoffschicht 60, welche auf den Außenring 40 aufbaut, gebildet ist, kann die Toleranz, und damit die Passung des Wälzlagers 20 mit einem angrenzenden Lagersitz 13, 15, insbesondere mittels des einen oder der mehreren Toleranzausgleichsvorsprünge 68, welche an den Gipfelabschnitten 62 angeordnet sind und von einer von den Gipfelabschnitten 62 jeweils bereitgestellten Grundfläche vorspringen, gebildet sein. Ein Toleranzausgleichsvorsprung 68 weist insbesondere die Dicke tp auf, um die der Toleranzausgleichsvorsprung 68 gegenüber dem Gipfelabschnitt 62 vorspringt.
Die 8a, 8b, 8c und 8d illustrieren beispielhaft verschiedene Möglichkeiten zur Ausbildung der Toleranzausgleichsvorsprünge 68, als einfach, zweifach oder mehrfach je Gipfelabschnitt 62, als beispielhaft in Umfangsrichtung Ur zueinander beabstandet, und mit einer vorbestimmten, beispielsweise im Wesentlichen flachen (8a), spitzen (8b), runden oder halbkreisförmigen (8c), oder abgerundeten (8d) Form.
Ist in den vorstehenden Figuren die Kunststoffschicht 60 beispielhaft als an der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 angeordnet dargestellt und erläutert, versteht es sich, dass sich diese Erläuterungen gleichermaßen auf eine Kunststoffschicht 60 beziehen, welche an der inneren Umfangsfläche 31 des Innenring 30 angeordnet ist, und umgekehrt, selbstverständlich insbesondere unter Berücksichtigung des radialen Verhältnisses durch die Radialrichtung Rr.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche 31 eines Innenrings 30 und/oder einer äußeren Umfangsfläche 42 eines Außenrings 40 eines Wälzlagers 20 mit einer Kunststoffschicht 60, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche 31 eines Innenrings 30 und/oder einer äußeren Umfangsfläche 42 eines Außenrings 40 eines Wälzlagers 20 mit einer Kunststoffschicht 60 weist dabei insbesondere die folgenden Schritte auf:

S10: lösbares Verbinden eines Werkzeugeinlegeteils 90 mit einem Werkzeughauptkörper;
S20: Einsetzen des Innenrings 30 und/oder des Außenrings 40 in den Werkzeughauptkörper;
S30: Umspritzen der inneren Umfangfläche 31 des Innenrings 30 und/oder der äußeren Umfangsfläche 42 des Außenrings 40 mit Kunststoffmaterial, um die Kunststoffschicht 60 auszubilden, wobei das Werkzeugeinlegeteil 90 eine Vielzahl von Vorsprüngen 94 aufweist, um in der Kunststoffschicht 60 eine Vielzahl von Vertiefungen auszubilden.

Durch das Werkzeugeinlegeteil 90 kann vorteilhaft auf modulare Weise die Dicke und/oder die Form der Kunststoffschicht 60 wiederholgenau definiert werden, und in beispielhaften Ausführungsformen die Kunststoffschicht 60 mit Toleranzausgleichsvorsprüngen 68 versehen werden.
Das vorstehende Verfahren zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche 31 eines Innenrings 30 und/oder einer äußeren Umfangsfläche 42 eines Außenrings 40 eines Wälzlagers 20 mit einer Kunststoffschicht 60 kann insbesondere Teil eines Verfahrens zum Herstellen eines Wälzlagers 20 sein. Dabei kann das Umspritzen des Innenrings 30 und/oder des Außenrings 40 sowohl vor einem Schritt des Zusammenfügens des Innenrings 30 mit dem Außenring 40 und den dazwischen angeordneten Wälzkörpern 50 erfolgen, als auch nach dem Schritt des Zusammenfügens des Innenrings 30 mit dem Außenring 40 und den dazwischen angeordneten Wälzkörpern 50 erfolgen.
Bezugszeichenliste

10: Wälzlageranordnung
12: Welle
13: Lagersitz der Welle
14: Gehäuse
15: Lagersitz des Gehäuses
18: sonstiges Wälzlager
20: Wälzlager
30: Innenring
31: innere Umfangsfläche des Innenrings
32: äußere Umfangsfläche des Innenrings
40: Außenring
41: innere Umfangsfläche des Außenrings
42: äußere Umfangsfläche des Außenrings
50: Wälzkörper
52: Käfig
60: Kunststoffschicht
62: Gipfelabschnitt
64: Talabschnitt
65: Lufttasche
68: Toleranzausgleichsvorsprung
70: Anguss-Öffnung
71: geöffnete Anguss-Öffnung
72: geschlossene Anguss-Öffnung
90: Werkzeugeinlegeteil
92: Rücksprung
94: Vorsprung
A: Achse
Ar: Axialrichtung
Di: nominaler Innendurchmesser (des Wälzlagers)
Da: nominaler Außendurchmesser (des Wälzlagers)
EP: Einspritzphase
I1: Breite eines Gipfelabschnitts
I2: Breite eines Talabschnitts
NP: Nachdruckphase
Rr: Radialrichtung
t1: Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Gipfelabschnitts
t2: Dicke der Kunststoffschicht im Bereich eines Talabschnitts
t3: Dicke der Kunststoffschicht im Bereich einer Anguss-Öffnung
tp: Dicke eines Toleranzausgleichsvorsprungs
Ur: Umfangsrichtung
w1: Öffnungswinkel eines Talabschnitts
S10, S20, S30: Schritte eines Verfahrens zum Umspritzen

Claims

Wälzlager (20), aufweisend: einen Innenring (30), einen Außenring (40), eine Vielzahl von zwischen dem Innenring (30) und dem Außenring (40) angeordneten Wälzkörpern (50), wobei eine Kunststoffschicht (60) auf einer inneren Umfangsfläche (31) des Innenrings (30) und/oder auf einer äußeren Umfangsfläche (42) des Außenrings (40) angeordnet ist, wobei die Kunststoffschicht (60) eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, um eine Kontaktfläche zu einem entsprechenden Lagersitz (13; 15) zu reduzieren, wobei die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten (62) der Kunststoffschicht (60) und eine Vielzahl von Talabschnitten (64), die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten (62) angeordnet sind, ausbilden, wobei die Gipfelabschnitte (62) und/oder die Talabschnitte (64) jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte aufweisen, und wobei die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung (68) aufweisen, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in Radialrichtung (Rr) vorsteht.
Wälzlager (20) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Vertiefungen sich im Wesentlichen in Axialrichtung (Ar) erstrecken und im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet entlang der entsprechenden Umfangsfläche (31; 42) ausgebildet sind.
Wälzlager (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke der Kunststoffschicht (60) im Bereich eines Gipfelabschnitts (62) etwa 0,4 mm bis etwa 6 mm, vorzugsweise etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm, beträgt, und/oder eine Dicke der Kunststoffschicht (60) im Bereich eines Talabschnitts (62) etwa 0,1 mm bis etwa 4,8 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm bis etwa 4 mm, beträgt.
Wälzlageranordnung (10), umfassend: ein Wälzlager (20), aufweisend: einen Innenring (30), der auf einem inneren Lagersitz (13) eines inneren Bauteils (12) montiert ist, einen Außenring (40), der auf einem äußeren Lagersitz (15) eines äußeren Bauteils (14) montiert ist, eine Vielzahl von zwischen dem Innenring (30) und dem Außenring (40) angeordneten Wälzkörpern (50), wobei eine Kunststoffschicht (60) auf einer inneren Umfangsfläche (31) des Innenrings (30) und/oder auf einer äußeren Umfangsfläche (42) des Außenrings (40) angeordnet ist, wobei die Kunststoffschicht (60) eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, so dass eine Vielzahl von Lufttaschen (65) entlang einer Kontaktfläche zu dem entsprechenden Lagersitz (13; 15) ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten (62) der Kunststoffschicht (60) und eine Vielzahl von Talabschnitten (64), die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten (62) angeordnet sind, ausbilden, wobei die Gipfelabschnitte (62) und/oder die Talabschnitte (64) jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte aufweisen, und wobei die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung (68) aufweisen, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in Radialrichtung (Rr) vorsteht.
Werkzeug zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche (31) eines Innenrings (30) oder einer äußeren Umfangsfläche (42) eines Außenrings (40) eines Wälzlagers (20) mit einer Kunststoffschicht (60), aufweisend: einen Werkzeughauptkörper, in den der Innenring (30) und/oder der Außenring (40) eingesetzt werden kann, und zumindest ein Werkzeugeinlegeteil (90), das lösbar mit dem Werkzeughauptkörper verbindbar ist, wobei das Werkzeugeinlegeteil (90) eine Vielzahl von Vorsprüngen (94) aufweist, um in der Kunststoffschicht (60) eine Vielzahl von Vertiefungen auszubilden, wobei die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten (62) der Kunststoffschicht (60) und eine Vielzahl von Talabschnitten (64), die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten (62) angeordnet sind, ausbilden, wobei die Gipfelabschnitte (62) und/oder die Talabschnitte (64) jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte aufweisen, und wobei die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung (68) aufweisen, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in Radialrichtung (Rr) vorsteht.
Werkzeug nach Anspruch 5, weiter umfassend eine Vielzahl von Anguss-Öffnungen (70) und einen Anguss-Verschließmechanismus, wobei der Anguss-Verschließmechanismus konfiguriert ist, um in einer Nachdruckphase (NP) nach einem Einspritzen eines Kunststoffmaterials zum Ausbilden der Kunststoffschicht (60) eine Untergruppe der Anguss-Öffnungen (70; 72) zu verschlie-ßen.
Verfahren zum Umspritzen einer inneren Umfangsfläche (31) eines Innenrings (30) und/oder einer äußeren Umfangsfläche (42) eines Außenrings (40) eines Wälzlagers (20) mit einer Kunststoffschicht (60), umfassend: lösbares Verbinden eines Werkzeugeinlegeteils (90) mit einem Werkzeughauptkörper; Einsetzen des Innenrings (30) und/oder des Außenrings (40) in den Werkzeughauptkörper; Umspritzen der inneren Umfangsfläche (31) des Innenrings (30) und/oder der äußeren Umfangsfläche (42) des Außenrings (40) mit Kunststoffmaterials, um die Kunststoffschicht (60) auszubilden; wobei das Werkzeugeinlegeteil (90) eine Vielzahl von Vorsprüngen (94) aufweist, um in der Kunststoffschicht (60) eine Vielzahl von Vertiefungen auszubilden, wobei die Vielzahl von Vertiefungen eine Vielzahl von Gipfelabschnitten (62) der Kunststoffschicht (60) und eine Vielzahl von Talabschnitten (64), die jeweils zwischen den Gipfelabschnitten (62) angeordnet sind, ausbilden, wobei die Gipfelabschnitte (62) und/oder die Talabschnitte (64) jeweils zumindest bereichsweise im Wesentlichen abgeflachte Abschnitte aufweisen, und wobei die abgeflachten Abschnitte jeweils zumindest einen Toleranzausgleichsvorsprung (68) aufweisen, der von einer Grundfläche des abgeflachten Abschnitts in Radialrichtung (Rr) vorsteht.