DE102007027238A1

DE102007027238A1 - Axialwälzlager-Baueinheit mit axialer Einstellbarkeit sowie hydrodynamischer Drehmomentenwandler mit dieser Axialwälzlager-Baueinheit

Info

Publication number: DE102007027238A1
Application number: DE102007027238A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fugel; Alexander Reimchen; Umberto Rocca
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-12-18
Also published as: WO2008151883A3; WO2008151883A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialwälzlager-Baueinheit (1) mit axialer Einstellbarkeit, mit wenigstens einer Axiallaufscheibe (2), die einen radial sich erstreckenden Abschnitt (3) aufweist, auf dem eine Vielzahl von in einem Käfig (9) geführten Wälzkörpern (8) abrollen. Die Baueinheit (1) zeichnet sich in erfindungsgemäßer Weise dadurch aus, dass die Axiallaufscheibe (2) unverlierbar mit einem Federelement (10) verbunden ist, das einen Bereich (x) zwischen dem radial sich erstreckenden Abschnitt (3) der Axiallaufscheibe (2) und einer Anschlusskonstruktion (12) federnd überbrückt. Der Vorteil besteht insbesondere darin, dass sich beim Zusammenbau von mehreren Getriebekomponenten auftretende Fertigungstoleranzen in idealer Weise durch die Federwirkung der Axialwälzlager-Baueinheit (1) ausgleichen lassen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Axialwälzlager-Baueinheit mit axialer Einstellbarkeit, mit wenigstens einer Axiallaufscheibe, die einen radial sich erstreckenden Abschnitt aufweist, auf dem eine Vielzahl von in einem Käfig geführten Wälzkörpern abrollen. Außerdem betrifft die Erfindung einen hydrodynamischen Drehmomentenwandler mit dieser Axialwälzlager-Baueinheit.
Hintergrund der Erfindung
Nach dem bisherigen Stand der Technik wird bei solchen Axialwälzlager-Baueinheiten deren axiale Einstellbarkeit mit lösbaren Abstandsgliedern realisiert. Derartige Axiallager mit lösbaren Abstandsgliedern werden insbesondere bei Fahrzeuggetrieben im Automobilbau verwendet. Wenn solche Getriebe zusammengesetzt werden, liegt ein solches Axiallager typischerweise flach an einem ersten Getriebeteil an. Das zugehörige andere zweite Getriebeteil ist über das Axiallager mit dem ersten Getriebeteil verbunden. Das Abstandsglied wird nach während einer des Zusammenbaus des Getriebes erfolgten Messung ausgewählt, d. h., seine richtige axiale Dicke wird nach einzuhaltenden Maßen der voneinander beabstandeten Getriebeteile ermittelt.
Aus der DE 39 14 175 A1 ist eine Axialwälzlager-Baueinheit dieser Art bekannt. Es handelt sich hierbei um ein Axialnadellager mit zumindest einer Axiallaufscheibe, einer Vielzahl von in einem Käfig geführten Wälzelementen und einer mit der Axiallaufscheibe verrastbaren Abstandsscheibe von veränderlicher, jedoch vorbestimmter axiale Dicke. Diese wird nach dem Vermessen der entsprechenden Lageranordnung in einem Getriebegehäuse durch Auswahl aus einem Satz von vorbestimmten Abstandsscheiben mit unterschiedlichen vorbestimmten Dicken ausgewählt und zu einer Axialwälzlager-Baueinheit zusammengefügt wird, die als ein Bauteil montierbar ist.
Nun ist in der Praxis aber so, dass auch bei gleichartigen Anwendungsfällen immer unterschiedliche Differenzen zwischen den zu lagernden Teilen auftreten. Dies wiederum bedeutet, dass die fertigungsbedingten Toleranzen, beispielsweise innerhalb einer Reihe von Getrieben mit gleichen Abmessungen in jedem Einzelfall unterschiedlich sind. D. h., dieser unterschiedliche Abstand innerhalb einer Getriebereihe von Bauteil zu Bauteil lässt sich nicht nur durch das Axiallager ausgleichen. In jedem Einzelfall muss das entsprechende Getriebe vermessen werden und das betreffende Lager je nach Messergebnis mit einem ausgewählten Abstandsglied versehen werden, sodass die erforderlichen Toleranzen eingehalten werden können. Dies wiederum bedeutet, es müssen eine Vielzahl von Abstandsgliedern bereitgehalten werden, die in ihrer axialen Stärke unterschiedlich sind. Daraus folgt, dass schon aus werkzeugtechnischen Gründen eine solche Herstellung von Abstandsgliedern mit unterschiedlichen Stärken sehr aufwändig ist.
Eine Weiterentwicklung dieser Abstandsglieder ist aus der EP 0 513 697 A2 bekannt. Wie aus der Beschreibung und den zugehörigen Figuren entnehmbar, besteht diese Abstandsscheibe aus einem Paar von zwei Einstellringen, die gegeneinander verdrehbar sind, sodass eine stufenlose axiale Einstellung möglich ist. Nachteilig dabei ist jedoch, dass eine solche aus zwei Teilen zusammengesetzte Abstandsscheibe sehr kompliziert zu fertigen ist, was eine solche Axialwälzlager-Baueinheit in unnötiger Weise verteuert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von den Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialwälzlager-Baueinheit der im Oberbegriff des Hauptanspruches erläuterten Art so zu verbessern, dass die axial stufenlose Einstellbarkeit wesentlich vereinfacht ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass die Axiallaufscheibe unverlierbar mit einem Federelement verbunden ist, das einen Bereich zwischen dem radial sich erstreckenden Abschnitt der Axiallaufscheibe und einer Anschlusskonstruktion federnd überbrückt.
Dadurch, dass anstelle der bisherigen Abstandsglieder Federelemente zum Toleranzausgleich verwendet werden, entfallen sämtliche Abstimmungsarbeiten, wie beispielsweise aufwändige Messreihen, zur Dickenauswahl eben diese Abstandsglieder. Außerdem entfällt das Bereithalten einer Vielzahl von unterschiedlich dimensionierten Abstandsgliedern, sodass der logistische Aufwand zur Montage einer solchen Axialwälzlager-Baueinheit wesentlich vereinfacht ist. Die federnde Überbrückung zwischen Anschlusskonstruktion und Axialwälzlager sorgt in vorteilhafter Weise auch dafür, dass das Axialwälzlager unter allen Betriebsbedingungen vorgespannt ist. Es wälzt also immer unter Last ab, sodass die Wälzkörper stets Kontakt zu ihren Laufbahnen halten und unerwünschte Schlupfzustände mit Sicherheit vermieden sind. Dies führt insbesondere zu Geräuschverminderungen und zu einer höheren Lebensdauer einer solchen Axialwälzlager-Baueinheit.
In den Ansprüchen 2 bis 6 sind zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert.
So hat es sich nach Anspruch 2 als vorteilhaft erwiesen, dass das Federelement als eine Tellerfeder ausgebildet ist. Eine derartige in Achsrichtung belastbare kegelige Ringschale ist mit folgenden vorteilhaften Eigenschaften verbunden:

– Sie kann bei einem kleinen Einbauraum sehr große Kräfte aufnehmen.
– Ihre Federkennlinie kann je nach den gegebenen Maßverhältnissen linear oder degressiv sein oder auch durch geeignete Anordnung progressiv gestaltet werden.
– Durch die fast beliebige Kombinationsmöglichkeit von Einzeltellerfedern kann die Kennlinie innerhalb weiter Grenzen variiert werden.
– Schließlich weist eine Tellerfeder eine bei dynamischer Belastung eine hohe Lebensdauer auf.

Als Werkstoff werden in der Regel Federstähle und auch Kupfer- und Nickellegierungen eingesetzt. Die Herstellung aus gestanzten bzw. fein geschnittenem Bandmaterial ist in einfacher Art und Weise möglich.
Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass die Anlaufscheibe an einem radial innenliegenden Ende einen in axialer Richtung verlaufenden Flansch aufweist, der von einer zentrischen Bohrung der Tellerfeder umschlossen ist. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn nach Anspruch 4 der Flansch im Längsschnitt gesehen an mehreren voneinander beabstandeten Umfangsstellen radial hervorstehende Haltenasen aufweist, an denen die Tellerfeder mit ihrer zentrischen Bohrung anliegt, sodass eine unverlierbare Baueinheit gebildet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 weist die Axiallaufscheibe an einem radial außen liegenden Ende einen axial gerichteten Kragen auf, der an wenigstens einer Umfangsstelle mit einer radial hervorspringenden Haltenase versehen ist, die den Käfig hintergreift, sodass eine aus Axiallaufscheibe, Wälzkörperkranz und Tellerfeder bestehende, unverlierbare Baueinheit gebildet ist.
Schließlich geht aus Anspruch 6 ein spezieller Anwendungsfall der erfindungsgemäß ausgebildeten Axialwälzlager-Baueinheit hervor. Ein hydrodynamischer Drehmomentenwandler, bei dem ein um eine Drehachse rotierendes Gehäuse mit einem Pumpenrad verbunden ist, diesem axial gegenüberliegend ein um die Drehachse relativ zum Pumpenrad drehbares Turbinenrad angeordnet ist, zwischen Pumpenrad und Turbinenrad ein relativ um die Drehachse drehbares Leitrad angeordnet ist, das im Gehäuse am Pumpenrad und am Turbinenrad jeweils über ein Axiallager abgestützt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eines der Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ein Anwendungsfall in vereinfachter Form dargestellt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Axialwälzlager-Baueinheit,
2 und 3 eine schematische Darstellung der Verbindung von Federelement mit der erfindungsgemäßen Axialwälzlager-Baueinheit und
4 einen teilweisen Längsschnitt eines Drehmomentenwandlers nach dem bisherigen Stand der Technik.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße Axialwälzlager-Baueinheit besteht aus der dünnwandigen spanlos geformten Axiallaufscheibe 2, deren radial sich erstreckender Abschnitt 3 an einer Seite die Laufbahn für als Lagernadeln ausgebildete Wälzkörper 8 stellt. Die Wälzkörper 8 sind im Käfig 9 geführt, der an seinem äußeren Umfang an dem axial gerichteten Kragen 4 der Laufscheibe 2 anläuft. Der Kragen 4 ist an mehreren voneinander beabstandeten Umfangsstellen mit radial nach innen gerichteten Haltenasen 7 versehen, die den Käfig 9 radial umgreifen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der aus Wälzkörper 8 und Käfig 9 bestehende Wälzkörperkranz die Axiallaufscheibe 2 nicht in axialer Richtung verlassen kann. Am radial innen liegenden Ende geht der Abschnitt 3 der Axiallaufscheibe 2 in den Flansch 5 über, der entgegengesetzt zum axialen Kragen 4 ausgerichtet ist. Der Flansch 5 weist mehrere gleichmäßig um den Umfang angeordnete Haltenasen 6 auf, die radial nach außen vorspringen. Schließlich gehört zur erfindungsgemäßen Axialwälzlager-Baueinheit 1 die Tellerfeder 10, die mit ihrer zentrischen Aufnahmebohrung 11 auf den Flansch 5 aufgesetzt ist.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der axialen Einstellbarkeit der erfindungsgemäßen Axialwälzlager-Baueinheit 1 näher erläutert, wobei die linksseitig angeordnete und mit 13 bezeichnete Anschlusskonstruktion ein rotierendes Teil einer Getriebekonstruktion sein soll und die rechtsseitig angeordnete Anschlusskonstruktion 12 als feststehend zu betrachten ist. Wie erkennbar, ist beim Zusammenbau eines Getriebes zwischen der Axialwälzlager-Baueinheit 1 und der Anschlusskonstruktion 12 der mit x bezeichnete Bereich federnd zu überbrücken, der innerhalb einer gleichen Getriebebaureihe aufgrund von unterschiedlichen Fertigungstoleranzen auch unterschiedliche Werte annehmen kann. in 1 ist der Zustand dargestellt, bei dem der Wert x seinen größten Wert annimmt. Dies bedeutet, die Anschlusskonstruktion 12 liegt an ihrem unteren Ende am Berührungspunkt 14 an der Tellerfeder 10 an. Dabei ist die Federkraft der Tellerfeder 10 so dimensioniert, dass die Axialwälzlager-Baueinheit 1 unter Vorspannung gesetzt ist. Dies hat zur Folge, dass auch in diesem Betriebszustand die als Lagernadeln ausgebildeten Wälzkörper 8 beide Laufbahnen berühren, d. h., sowohl mit der Laufbahn, die von der Axiallaufscheibe 2 gestellt ist, als auch mit der Laufbahn, die von der Anschlusskonstruktion 13 gebildet wird, in stetiger Berührung sind. Durch diese dauernde Anlage ist sichergestellt, dass unerwünschte Schlupfzustände in der Axialwälzlager-Baueinheit 1 vermieden sind, sodass diese geräuschfrei arbeitet und auch eine lange Lebensdauer aufweist. Der andere Betriebszustand ist dann erreicht, wenn die Tellerfeder 10 auf Blocklage vorgespannt ist. Dies bedeutet, dass die Tellerfeder 10 praktisch eine plane kreisringförmige Scheibe darstellt, sodass der Abstand zwischen dem radialen Abschnitt 3 der Axiallaufscheibe 2 und der Anschlusskonstruktion 12 durch die Stärke der Tellerfeder 10 bestimmt ist. Mit anderen Worten, in diesem Betriebszustand entspricht der durch Fertigungstoleranzen bestimmte Abstand x der axialen Stärke der Tellerfeder 10. Zwischen beiden Betriebszuständen ergeben sich nun unterschiedliche Anlagepunkte je nach vorhandener Größe der mit x bezeichneten Toleranz.
Die Verbindung der Tellerfeder 10 mit der Axiallaufscheibe 2 zu einer unverlierbaren Baueinheit ist in den 2 und 3 zeichnerisch dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich, ist bei der axialen Anlage der Tellerfeder 10 am Flansch 5 der Axiallaufscheibe 2 zunächst deren Aufnahmebohrung 11 geringer als der Hüllkreis der Haltenasen 6 des Flansches 5. Anders ausgedrückt, die Tellerfeder 10 überdeckt in radialer Richtung die Haltenasen 6 des Flansches 5. Durch Aufbringen einer Kraft F, die laut zeichnerisch dargestelltem Pfeil am radial äußeren Ende der Tellerfeder 10 angreift, wird, wie aus 3 ersichtlich, die Aufnahmebohrung 11 der Tellerfeder 10 geringfügig aufgeweitet, sodass deren Durchmesser etwas größer als der Hüllkreis der Haltenasen 6 des Flansches 5 ist. Dadurch ist es möglich, dass die Tellerfeder 10 über die Haltenasen 6 unter Einwirkung der Kraft F hinweg geschoben werden kann, wobei die Tellerfeder 10 nach Aufheben der Kraft F zurück federt, sodass die Aufnahmebohrung 11 wieder geringfügig verkleinert ist und demzufolge die Tellerfeder 10 nicht mehr vom Flansch 5 der Axiallaufscheibe abgleiten kann, sondern mit ihrer Aufnahmebohrung 11 nunmehr an den Haltenasen 6 anliegt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine aus Wälzkörperkranz, Axiallaufscheibe 3 und Tellerfeder 10 gebildete unverlierbare Baueinheit hergestellt ist.
Ein vorbekannter Drehmomentwandler gemäß 4 ist in einem Getriebegehäuse angeordnet und enthält das Pumpenrad 15, diesen gegenüberliegend das Turbinenrad 16 und das Leitrad 17, das sich zwischen Pumpenrad 15 und Turbinenrad 16 befindet. An beiden Stirnseiten des Leitrades 17 sind Axiallager 18, 19 vorhanden. Das Axiallager 18 dient der Abstützung des drehbaren Pumpenrades 15, während das andere Axiallager 19 zur Abstützung des drehbaren Turbinenrades 16 dient. Das Pumpenrad 15 steht direkt mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Verbindung, während das Turbinenrad 16 mit einer Getriebeeingangswelle gekoppelt ist. Das Leitrad 17 ist über einen Freilauf 20 mit dem Getriebegehäuse verbunden. Das Pumpenrad 15 fördert das Öl durch die Pumpenschaufeln in Folge der Fliehkraft nach außen zum Turbinenrad 16 und treibt dieses an. Die Schaufeln des Turbinenrades 16 lenken das Öl auf die Schaufeln des Leitrades 17, das wiederum das Öl dem Pumpenrad 15 zuführt. Pumpen-, Turbinen- und Leitrad 15, 16, 17 rotieren um ihre gemeinsame Drehachse 21.
Auf eine genaue und ausführliche Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise eines hydrodynamischen Drehmomentenwandlers kann an dieser Stelle verzichtet werden, weil dem Fachmann hinreichend bekannt. Ausführliche Beschreibungen zu hydrodynamischen Drehmomentwandlern sind beispielsweise dem Fachbuch „Viehweg, Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, Friedrich Viehweg Sohn Verlagsgesellschaft mbH Braunschweig" oder den Vorveröffentlichungen DE 35 43 013 A1 , DE 360670702 , DE 37 12 659 A1 , DE 41 34 369 A1 und DE 199 46 333 A1 entnehmbar.
In diesem Zusammenhang ist dem Fachmann auch bekannt, dass hydrodynamische Drehmomentwandler zum „Blähen" neigen. Darunter ist zu verstehen, dass der Wandler aufgrund des hohen Öldruckes in axialer Richtung verformt werden kann. Der Zustand des Aufblähens eines vorstehend geschilderten Drehmomentwandlers ist in 1 gezeigt. Dies bedeutet, der Drehmoment- Wandler ist in axialer Richtung aufgeweitet, sodass der Wert x seinen größten Wert annimmt. Wird der Drehmomentwandler durch eine Kupplung überbrückt, wird schlagartig der zweite Betriebszustand der erfindungsgemäßen Axialwälzlager-Baueinheit 1 erreicht, d. h., die Tellerfeder 10 befindet sich in ihrer Blockstellung, sodass der Abstand zwischen Axialwälzlager-Baueinheit 1, die nunmehr mit dem Axiallager 18 im Drehmomentwandler gleichzusetzen ist, durch die Dicke der Tellerfeder 10 bestimmt ist.

1: Axialwälzlager-Baueinheit
2: Axiallaufscheibe
3: radialer Abschnitt
4: axialer Kragen
5: axialer Flansch
6: Haltenase
7: Haltenase
8: Wälzkörper
9: Käfig
10: Tellerfeder
11: Aufnahmebohrung
12: Anschlusskonstruktion
13: Anschlusskonstruktion
14: Berührungspunkt
15: Pumpenrad
16: Turbinenrad
17: Leitrad
18: Axiallager
19: Axiallager
20: Freilauf
21: Drehachse
x: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3914175 A1 [0003]
- EP 0513697 A2 [0005]
- DE 3543013 A1 [0025]
- DE 360670702 [0025]
- DE 3712659 A1 [0025]
- DE 4134369 A1 [0025]
- DE 19946333 A1 [0025]

Claims

Axialwälzlager-Baueinheit (1) mit axialer Einstellbarkeit, mit wenigstens einer Axiallaufscheibe (2), die einen radial sich erstreckenden Abschnitt (3) aufweist, auf dem eine Vielzahl von in einem Käfig (9) geführten Wälzkörpern (8) abrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallaufscheibe (2) unverlierbar mit einem Federelement (10) verbunden ist, das einen Bereich (x) zwischen dem radial sich erstreckenden Abschnitt (3) der Axiallaufscheibe (2) und einer Anschlusskonstruktion (12) federnd überbrückt.
Axialwälzlager-Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Tellerfeder (10) ist.
Axialwälzlager-Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallaufscheibe (2) an einem radial innen liegenden Ende einen in axialer Richtung verlaufenden Flansch (5) aufweist, der von einer zentrischen Bohrung (11) der Tellerfeder (10) umschlossen ist.
Axialwälzlager-Baueinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (5) im Längsschnitt gesehen an mehreren voneinander beabstandeten Umfangsstellen radial hervorstehende Haltenasen (6) aufweist, an denen die Tellerfeder (10) mit ihrer zentrischen Bohrung (11) anliegt, so dass eine unverlierbare Baueinheit gebildet ist.
Axialwälzlager-Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallaufscheibe (2) an einem radial außen liegenden Ende einen axial gerichteten Kragen (4) aufweist, der an wenigstens einer Umfangsstelle mit einer radial hervorspringenden Haltenase (7) versehen ist, die den Käfig (9) hintergreift, so dass eine aus Axiallaufscheibe (2), Wälzkörperkranz und Tellerfeder (10) bestehende, unverlierbare Baueinheit gebildet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentenwandler, bei dem ein um eine Drehachse (21) rotierendes Gehäuse mit einem Pumpenrad (15) verbunden ist, diesem axial gegenüberliegend ein um die Drehachse (21) relativ zum Pumpenrad (15) drehbares Turbinenrad (16) angeordnet ist, zwischen Pumpenrad (15) und Turbinenrad (16) ein relativ um die Drehachse (21) drehbares Leitrad (17) angeordnet ist, das im Gehäuse am Pumpenrad (15) und am Turbinenrad (16) jeweils über ein Axiallager (18, 19) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Axiallager (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.