DE102009018673A1

DE102009018673A1 - Lastabhängig vorgespannte Lageranordnung

Info

Publication number: DE102009018673A1
Application number: DE102009018673A
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine lastabhängig vorgespannte Lageranordnung zur Lagerung einer Welle mit weumindest axial vorspannbaren Wälzlager zur Lagerung der Welle, wobei die Stelleinheit wenigstens zwei miteinander in Wirkverbindung gebrachte Rampenelemente aufweist, von denen wenigstens ein erstes der Rampenelemente gegenüber einem zweiten der Rampenelemente verschwenkbar und entlang der Rotationsachse axial verschiebbar ist und das zweite der Rampenelemente relativ zur Rotationsachse der Welle drehfest und axial entlang der Rotationsachse der Welle verschiebbar ist und dabei axial relativ gegen einen Lagerring des Wälzlagers abgestützt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine lastabhängig vorgespannte Lageranordnung zur Lagerung einer Welle mit wenigstens einem durch zumindest eine Stelleinheit zumindest axial vorspannbaren Wälzlager zur Lagerung der Welle, wobei die Stelleinheit wenigsten zwei miteinander in Wirkverbindung gebrachte Rampenelemente aufweist, von denen wenigstens ein erstes der Rampenelemente gegenüber einem zweiten der Rampenelemente verschwenkbar und entlang der Rotationsachse axial verschiebbar ist und das zweite der Rampenelemente relativ zur Rotationsachse der Welle drehfest und axial entlang der Rotationsachse der Welle verschiebbar ist und dabei axial relativ gegen einen Lagerring des Wälzlagers abgestützt ist.
Hintergrund der Erfindung
Die Probleme mit der Lagervorspannung in Lageranordnungen mit Schräglagern sind der Fachwelt im allgemeinen bekannt. Diese treten insbesondere bei der Verwendung der Lageranordnungen in Fahrzeugen auf, da die Lager und die zu lagernden Wellen in der Regel aus Stahl bzw. Stahlguss und die Gehäuse aus Leichtmetall sind und deshalb aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten dieser Materialien ein Nachlassen der Vorspannung bis hin zu Lagerspielen zu erwarten ist. Es war und es ist auch heute noch üblich, die Lager in der Lageranordnung bei ihrer Montage relativ straff gegeneinander vorzuspannen, um eine Vorspannung der Lager gegeneinander in allen Betriebszuständen abzusichern. Differenziale beispielsweise erwärmen sich aufgrund des hohen Energieeintrags bei hohen Belastungen, so dass sich die Vorspannung in der Lageranordnung gerade dann verringert, wenn diese am dringendsten benötigt wird. In Betriebszuständen unter geringer Last dagegen, führt die hohe Vorspannung zu unnötiger Reibung und damit verbundenen Verlusten, die sich nachteilig auf den Wirkungsgrad des Getriebes und somit auf den Kraftstoffverbrauch auswirken. Außerdem führt die Reibung zur unnötigen Erwärmung und damit wiederum zur Verringerung der Vorspannung in der Lageranordnung infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Die Fachwelt hat deshalb so genannte lastabhängig vorgespannte Lageranordnungen geschaffen. DE 25 32 313 A1 zeigt eine Lageranordnung mit zwei vorgespannten Schräglagern zur Lagerung einer Welle. Die Schräglager sind in diesem Fall Kegelrollenlager. Die Lageranordnung ist mit einer Stellvorrichtung zur Einstellung des radialen und axialen Spiels versehen. Die Stellvorrichtung ist im wesentlichen durch Rampenelemente gebildet, von denen das erste relativ zur Welle verdrehbar und ein zweites zur Welle nicht verdrehbar jedoch axial verschiebbar auf dieser angeordnet ist. Die Rampenelemente sind jeweils mit umfangsgerichteten Rampen versehen, mit denen sie axial aneinander liegen. Die Rampen weisen axiale Anstiege auf und korrespondieren in einer Wirkverbindung aneinander liegend miteinander. Ein Schwenken der Rampenelemente um die Rotationsachse der Welle gegeneinander in die eine Umfangsrichtung erhöht und in entgegengesetzte Richtung verringert die gesamte axial gerichtete Breite beider Elemente. Anders gesagt, die Rampenelementanordnung wird bei Dehnung des Gehäuses axial aufgespreizt und bei Abkühlung zurückgestellt. Das erste Rampenelement ist in eine axiale Richtung beispielsweise an einer Mutter auf der Welle abgestützt. Das zweite Rampenelement ist in die andere axiale Richtung an einem axialbeweglichen Lagerring der Schräglager abgestützt. An dem ersten Rampenelement greift eine Drehfeder an.
In der zunächst vorgespannten Anordnung ist die Wirkung der Drehfeder aufgrund der Selbsthemmung der aneinanderliegenden schrägen Rampen der beiden Rampenscheiben aufgehoben, d. h. die Federkraft ist nicht hoch genug, um die erste Scheibe gegenüber der zweiten zu schwenken. Verringert sich die Vorspannung in der Lageranordnung, wird die Selbsthemmung aufgehoben und das erste Rampenelement mittels Federkraft der Drehfeder gegenüber dem zweiten Rampenelement verschwenkt. Dabei gleiten die gegeneinander vorgespannten Rampen aneinander bis die axiale Vorspannung in der Lageranordnung wieder so hoch ist, dass Selbsthemmung an den Rampen eintritt. Wie aus DE 25 32 313 A1 hervorgeht, sind die Montage, das Einstellen und das Sichern der Stelleinheit relativ aufwändig. Außerdem weist die Stelleinheit eine Vielzahl von Teilen auf, von denen einige auch spanabhebend hergestellt sind, was sich ungünstig auf die Herstellkosten einer derartigen Stelleinheit auswirkt.
DE 199 08 316 B4 zeigt ein Kegelrad-Differenzial für Kraftfahrzeuge, in dem das Ausgleichsgehäuse mittels radial und axial wirkender Kegelrollenlager drehbar in einem Getriebegehäuse aus Leichtmetall gelagert ist. In dem Ausgleichsgehäuse sind üblicherweise Planetenräder drehbar auf einem Bolzen gelagert, die mit Achskegelrädern kämmen. Die Achskegelräder sind drehbar zu dem Ausgleichsgehäuse gelagert. Ein Tellerrad ist für die getriebliche Verbindung des Differenzials mit einem Antriebsritzel vorgesehen und sitzt verdrehbar und axial verschiebbar auf dem Ausgleichsgehäuse. Das Tellerrad ist in eine axiale Richtung an einem Lagerring eines der Kegelrollenlager abgestützt. Der Lagerring sitzt axial verschiebbar auf dem Ausgleichsgehäuse. Zwischen dem Ausgleichsgehäuse und dem Tellerrad ist axial eine Stelleinheit aus Wälzelementen und schrägen Rampen ausgebildet. Die Wälzelemente sind axial zwischen den üblicherweise im Anstieg korrespondierenden Rampen angeordnet, so dass bei Stellbewegungen der Stelleinheit zwischen den Rampen Wälzkontakt und nicht mit DE 25 32 313 A1 zuvor beschriebene Gleitkontakt zwischen den Rampen auftritt.
Eine so genannte Grundvorspannung wird in der Lageranordnung mittels eines bekannten Federelementes oder eines auf Temperaturänderung ansprechenden Ausgleichselementes erzeugt. Im Betrieb des Differenzialgetriebes wird das Tellerrad angetrieben und das Ausgleichsgehäuse aufgrund der aufspreizenden Stelleinheit relativ zum Tellerrad verschwenkt und dabei axial verschoben. Der Axialschub wird auf den Innenring des Kegelrollenlagers übertragen und so die Vorspannung lastabhängig erhöht. Da die Anordnung von Anfang an mit einer Grundvorspannung versehen ist, sind sowohl die Schwenkbewegung als auch die daraus resultierende axiale Verschiebung nahezu Null. Es wird somit lediglich eine axiale Vorspannkraft ausgeübt, die den Abfall der Grundvorspannung kompensiert und gegebenenfalls lastabhängig die Vorspannung erhöht. Die Spreizung nimmt abhängig von der Antriebsleistung des Differenzials zu und dementsprechend die Vorspannung in der Lageranordnung. Damit kann bei Montage des Differenzials eine niedrige Grundvorspannung eingestellt werden. Der Wirkungsgrad des Getriebes wird insbesondere bei niedriger Belastung verbessert. Bei zunehmender Antriebsleistung bzw. bei zunehmender Last nimmt die Lagervorspannung automatisch entsprechend zu. Nachteilig können sich die Kosten zur Herstellung des Tellerrades und des Ausgleichgehäuses auswirken, da in diese die jeweilige Rampenkontur spanabhebend eingebracht wird.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lageranordnung und eine Stelleinheit zu schaffen, mit der die zuvor genannten Nachteile vermieden werden und die sich kostengünstig herstellen lässt.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft Lageranordnungen, in denen wenigstens ein Wälzlager axial und/oder axial und radial vorgespannt ist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Stelleinheit, mit der das wenigstens eine Wälzlager vorspannbar ist. Das vorgespannte Wälzlager ist vorzugsweise ein Schräglager kann aber auch ein Axiallager bzw. ein auch axial belastbares Radiallager sein. Die Erfindung betrifft bevorzugte Lageranordnungen mit zwei Schräglagern die gegeneinander angestellt und vorgespannt sind. Wälzlager sind in diesem Fall Lager, die wenigstens einen Lagerring, mindestens zwei Laufbahnen und zumindest einer Reihe Wälzkörper aufweisen. Die Laufbahnen sind jeweils entweder an einem Lagerring oder direkt in einem Gehäuse oder ähnlichem ausgebildet. Die Laufbahnen sind konzentrisch zueinander angeordnet und zwischen ihnen wälzen die Wälzkörper in Form von Kugeln, Nadeln oder Rollen ab. Rollen können zylindrisch, ballig, tonnenförmig oder beliebig anders gestaltet sein.
Lagerringe sind Innenringe oder Außenringe, d. h. Innenringe sitzen auf der Welle und Außenringe sitzen im Gehäuse. Bei Anordnungen mit zwei Wälzlagern können die gegeneinander verspannten Wälzlager entweder einen oder zwei gemeinsame Lagerringe aufweisen.
Ein Wälzlager kann eine Reihe oder mehrere Reihen gleicher oder unterschiedliche Wälzkörper aufweisen, die an gemeinsamen oder separaten Lagerringen abwälzen. Die Wälzlager der vorgespannten Lageranordnung können zueinander gleich sein oder sich hinsichtlich der Ausführung und Anzahl der Lagerringe, Laufbahnen und Wälzkörper voneinander unterscheiden.
Schräglager sind Lager, die im wesentlichen sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen können, d. h., bei denen die Drucklinien der Wälzkörperkräfte die Rotationsachse des Lagers mit einem spitzen Winkel schneiden (siehe auch Definitionen in "die Wälzlagerpraxis" Brändlein et al, Ausgabe der vereinigten Fachverlage GmbH von 1995) und die axial vorgespannt und in Paaren gegeneinander angestellt und vorgespannt werden müssen.
Die Erfindung betrifft eine lastabhängig vorgespannte Lageranordnung zur Lagerung einer Welle. ”lastabhängig vorgespannt” heißt, dass die Vorspannung des vorgespannten Wälzlagers bzw. die Vorspannung zwischen den gegenein ander angestellten Wälzlagern bei geringerer Belastung mit geringem Leistungsantrag und/oder geringen Drehmomenten) gering im Vergleich zu den Vorspannungen bei höherem Leistungsantrag und/oder hohen Drehmomenten ist und mit zunehmender Belastung zunimmt und bei Leistungsabfall abnimmt.
Wellen sind alle mit dem Wälzlager bzw. mit den Wälzlagern drehbar gelagerten Elemente zur Übertragung von Leistung, wie Ausgleichsgehäuse, Zahnräder, Getriebewellen, Ritzelwellen und anderen.
Die Erfindung ist bevorzugt in Differenzialen, Verteilergetrieben und Ritzelwellenlagerungen einsetzbar kann aber auch für alle weiteren Lageranordnungen mit vorgespannten Lagern des allgemeinen Maschinenbaus, der Energiewirtschaft, der Kraftfahrzeugindustrie und anderen verwendet werden.
Die lastabhängig vorgespannte Lageranordnung weist eine Stelleinheit auf. Diese Stelleinheit ist zum Vorspannen des Wälzlagers bzw. der Wälzlager vorgesehen und ist in der Welle, alternativ teilweise bzw. vollständig separat zur Welle oder vorzugsweise auf der Welle angeordnet und kann wahlweise in einem Gehäuse oder auf der Welle oder an einem der umgebenden Elemente radial geführt bzw. abgestützt sein. Die Stelleinheit wirkt in eine axiale Richtung entweder direkt oder indirekt über ein Übertragungsmittel wie einer Hülse auf einen Lagerring, der ein Innen- oder Außenring sein kann. In der andere axiale Richtung ist die Stelleinheit entweder zu einem Gehäuse hin oder zur Welle hin bzw. an einem Zahnrad oder an einem weiteren Getriebeelement oder ähnlichem abgestützt.
Die Stelleinheit weist zwei miteinander in Wirkverbindung gebrachte Rampenelemente auf. Eines der Rampenelemente ist gegenüber dem zweiten der Rampenelemente um die Rotationsachse des Wälzlagers bzw. der Welle verschwenkbar und außerdem zu der Welle bzw. zum Gehäuse axial verschiebbar. Das zweite Rampenelement ist nur relativ zur Rotationsachse der Welle axial verschiebbar und relativ zur Welle um die Rotationsachse verdrehfest. Vorzugsweise ist das erste Rampenelement zur Welle um die Rotations achse der Welle verschwenkbar und axial in bzw. auf der Welle verschiebbar und das zweite Rampenelement relativ zur Rotationsachse auf bzw. in der Welle verdrehfest aber axial auf bzw. in der Welle verschiebbar.
Die Rotationsachse des jeweiligen Wälzlagers zur Lagerung der Welle und die Rotationsachse der Welle liegen konzentrisch aufeinander. Das trifft auch für die Schwenkachse zu, um die das erste Rampenelement schwenkbar ist und die konzentrisch auf einer der beiden vorgenannten Achsen liegt.
Erfindungsgemäß ist die zumindest aus den Rampenelementen gebildete Stelleinheit zu einer Baugruppe so zusammen gefasst, dass die Rampenscheiben zwar gegeneinander verschwenkbar und axial aufspreizbar sowie aus der gespreizten Stellung wieder zurückstellbar aber ansonsten formschlüssig unverlierbar aneinander gehalten sind.
Die Baugruppe kann ohne besondere Einstellvorgänge in die Lageranordnung integriert werden. Der Aufwand für die Einzelmontage der Elemente entfällt. Die Baugruppe ist bevorzugt durch eine metallische Hülse aus Blech oder andere Blechelemente wie Klammern zusammengehalten. Im Falle der Verwendung von Klemmkörpern zwischen den Rampen sind auch die Klemmkörper in die Baueinheit integriert und beispielsweise mittels eines gemeinsamen Käfigs geführt und gehalten. Außerdem sind die einzelnen Elemente der Stelleinheit bevorzugt spanlos aus Blech oder anderen Halbzeuge in durch Ziehen, Stanzen und Prägen hergestellt.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Lageranordnung mindestens zwei gegeneinander angestellte Schräglager aufweist, die in O-Anordnung oder X-Anordnung gegeneinander angestellt sind. In der O-Anordnung ist die Stelleinheit axial zwischen den beiden Schräglagern angeordnet.
Wie im Kapitel ”Hintergrund der Erfindung” ausgeführt wurde, wird durch die Stelleinheit eine Vorspannung auf die Lageranordnung aufgebracht, die lastabhängig ist. Die Spreizung nimmt demnach abhängig von der Antriebsleistung des Differenzials zu und bei verringerter Leistung wieder ab, d. h. die Stelleinheit stellt bei geringerer Belastung wieder zurück. Dementsprechend muss in dem Lager bzw. in der Lageranordnung beispielsweise bei erwärmten Getriebe und geringer Belastung eine Grundvorspannung abgesichert sein, die zum Beispiel das Auftreten bzw. die Zunahme eines Lagerspiels auch bei den geringen Belastungen verhindert. Dementsprechend sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass in der Lageranordnung wenigstens ein zur Funktion der Stelleinheit separates Vorspannelement angeordnet ist. Das Vorspannelement ist ein auf Temperaturänderungen ansprechendes Spielausgleichselement und/oder ein Federelement vorzugsweise axial vorspannt.
Auf Temperaturänderungen ansprechende Spielausgleichselemente sind beispielsweise aus Kunststoffen, die sich bei Zunahme der Temperaturen ausdehnen und im Falle der Abkühlung zusammenziehen. Federelemente sind Federn wie Blattfedern, Wellfedern oder Spiralfedern.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rampenelemente Ringscheiben sind, deren zueinander weisenden Stirnflächen miteinander korrespondierenden Rampen aufweisen. Die Rampen heben sich entweder mit axialem Anstieg von der stirnseitigen Oberfläche der jeweiligen Rampenscheibe ab oder verlaufen vertieft in diese hinein. Die Rampen weisen Kontaktflächen auf, mit denen sie sich zwecks Verstellbewegung gegenseitig berühren und die deshalb Gleitflächen sind oder auf denen bzw. zwischen denen die Klemmkörper abwälzen bzw. klemmen können.
Die Höhe der Rampe bzw. deren Anstieg ist von der Größe der maximalen Spreizung und von der Rückstellbewegung abhängig. Die Spreizung, d. h. in die axiale Verbreiterung der Stelleinheit bei Stellbewegungen, kann über Höhe und Anstieg der Rampen somit gezielt gesteuert werden. Der Anstieg der der Kontaktflächen kann linear, progressiv, degressiv, logarithmisch oder anderweitig nicht kontinuierlich verlaufen. Außerdem kann der Verlauf wie Anstiegswinkel von einer gegebenenfalls erforderlichen Selbsthemmung der Kontaktflächen der Rampen direkt aneinander bzw. der Klemmwirkung auf einen Klemmkörper abgestimmt sein.
Klemmkörper sind alle Körper die geeignet sind, der maximal und minimal möglichen Stellbewegung durch Verkippen oder Abwälzen an den Rampenelementen zu folgen und die sich in einer Vorspannposition zwischen den Rampenelementen Einklemmen lassen bzw. zwischen diesen selbstgehemmt sind. Die Klemmkörper sind vorzugsweise Wälzkörper in Form von Rollen, können aber auch Kugeln oder anders geformte Elemente sein.
Die Erfindung sieht weiterhin eine lastabhängig vorgespannte Lageranordnung zur Lagerung einer Welle mit wenigstens einem durch zumindest eine Stelleinheit zumindest axial vorspannbaren Wälzlager zur Lagerung der Welle vor, welche als vormontierte Baueinheit in sich selbst haltend ausgebildet ist. Der Vorteil einer derartigen Baueinheit liegt hauptsächlich darin, dass diese Baueinheit beim Hersteller der Wälzlager schon fertig vormontiert und vorgespannt eingestellt werden kann. Der Endabnehmer, beispielsweise ein Getriebehersteller, kann diese dann ohne weiteren Aufwand ins Getriebe einbauen. Der Aufwand für die Transport, Lagerung und Montage von einzelnen Bauteilen entfällt.
Diese Baueinheit kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung zumindest eine erfindungsgemäße Stelleinheit mit den wenigsten zwei miteinander in Wirkverbindung gebrachten Rampenelementen aufweisen.
Von Vorteil ist eine derartige Baueinheit mit einer Lageranordnung, die mindestens zwei gegeneinander angestellte und mittels der Stelleinheit vorgespannte Wälzlager, vorzugsweise in der Ausführung von Schrägwälzlagern, aufweist. Außerdem weist die vormontierte Baueinheit bevorzugt auch die Welle, beispielsweise eine Ritzelwelle, auf. Eine Baueinheit, welche auch als Lagerpatrone bezeichnet wird, ist vorzugsweise u. a. durch einen Außenring zusammengehalten, den beide Schrägwälzlager gemeinsam aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung mit zwei gegeneinander in O-Anordnung angestellten Schräglagern zur Lagerung einer Welle mit Zahnrad, in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse der Welle bzw. der Lageranordnung,
2 und 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stelleinheit als Baueinheit in einer Gesamtansicht in 2 in zurückgestellter Stellung und in 3 in gespreizter Stellung,
4 und 5 die Positionen eines Klemmkörpers zwischen den Rampenelementen nach 4 in zurückgestellter Stellung gemäß des Betriebszustandes der Stelleinheit entsprechend der Darstellung in 2 und nach 5 in gespreizter Stellung gemäß des Betriebszustandes oder Stelleinheit entsprechend der Darstellung in 3 und
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung mit 2 gegeneinander in X-Anordnung angestellten Schräglagern zur Lagerung einer Welle mit Zahnrad, in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse der Welle bzw. der Lageranordnung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 – 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 1 mit zwei gegeneinander in O-Anordnung angestellten Wälzlagern 2 und 3 jeweils in der Ausführung eines Schrägwälzlagers. Die Schräg wälzlager sind Kegelrollenlager und zur Lagerung einer Welle 4 in Form eines Wellenstumpfes mit Zahnrad 5 in einem Gehäuse 6 vorgesehen. Die Anordnung ist in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 7 des Wellenstumpfes bzw. der Lageranordnung 1 dargestellt.
1 – Beschreibung der Baueinheit 8 – Die Lageranordnung 1 ist in eine vormontierte Baueinheit 8 integriert, die in einem für die Wälzlager gemeinsamen Außenring 9 aufgenommen ist. Die Baueinheit 8 ist aus dem Außenring 9, zwei Reihen 10 und 11 mit Wälzkörpern 12 in der Ausführung von Kegelrollen, aus einem Innenring 13, einem weiteren Innenring 14, der Welle 4 mit Zahnrad 5 und einer Stelleinheit 15 zusammengesetzt.
Die Wälzkörper 12 einer jeden Reihe sind mittels eines Käfigs 16 geführt und zwischen den Laufbahnen 17 des Innenrings 13 und 18 des Außenrings 9 bzw. den Laufbahnen 19 des Innenrings 14 und 20 des Außenrings 9 gehalten.
Die Welle 4 ist radial in dem Innenring 13 aufgenommen. Der Innenring 13 und die Welle 4 sind relativ zueinander um die Rotationsachse 7 verdrehfest, so dass der Innenring 13 bei Rotation mit der Welle 4 mit rotiert. Die Welle 4 ist axial unverschiebbar zum Innenring 13 mit einem Sicherungsring 25 gesichert. Der Innenring 13 weist einen verlängerten hohlen Abschnitt mit einer Steckverzahnung 21 auf. Der Innenring 14 ist durch die Steckverzahnung 21 relativ zu dem Innenring 13 axial verschiebbar aber relativ zur Welle 4 um die Rotationsachse 7 verdrehfest, so dass der Innenring 14 mit dem Innenring 13 bei Rotation mit der Welle 4 mitrotiert.
Die Stelleinheit 15 ist axial beweglich zwischen dem Wälzlager 3 und dem Zahnrad 5 angeordnet und stützt sich dabei axial in eine Richtung an dem Innenring 14 und in die andere Richtung an einem Vorspannelement 22 ab. Das Vorspannelement 22 sitzt zwischen der Stelleinheit 15 und dem Zahnrad 5.
Die derartig zur Lagerpatrone montierte Baueinheit 8 kann in das Gehäuse 6 eingesetzt werden und dort mittels des Befestigungsflansches 26 des Außenrings 9 befestigt werden.
1 – Funktion der Baueinheit 8 – In der zur Baueinheit 8 vormontierten Lagerpatrone stützen sich die Reihen 10 und 11 der Wälzkörper 12 radial an den Laufbahnen 18 und 20 des Außenrings 9 ab. Die Welle 4 ist radial mit den Innenringen 13 und 14 an den Wälzkörpern 12 abgestützt. In der zur Lagerpatrone vormontierten Baueinheit 8 und bei geringen Belastungen im Fahrzeug ist die Verstelleinheit 15 nicht aufgespreizt. Das Vorspannelement 22 ist axial zwischen der Verstelleinheit und dem Zahnrad 5 eingespannt und übt eine Vorspannkraft auf die Lageranordnung 1 aus, die in Richtung der Richtungspfeile 23 und 24 gerichtet ist und die in der Lageranordnung 1 eine Grundvorspannung absichert. Durch die Grundvorspannung sind die Reihen 10 und 11 spielfrei gegen den Außenring 9 vorgespannt, die Innenringe 13 und 14 spielfrei jeweils gegen eine der Reihen 10 bzw. vorgespannt und spielfrei axial an dem Sicherungsring 25 bzw. der Stelleinheit 15 abgestützt. Die Welle 4 stützt sich über den Sicherungsring 25 axial spielfrei vorgespannt an dem Innenring 13 ab. Im Betrieb werden zum Beispiel Zahnkräfte 28 antreibend auf das Zahnrad 5 übertragen, die an der Welle 4 Drehmomente erzeugen, welche über den Innenring 13 an die nicht dargestellte Anschlusskonstruktion übertragen werden. Die Lageranordnung 1 ist zunächst mit der Grundvorspannung vorgespannt. Durch Wärme entstehende Spiele werden bei geringer Belastung der Lageranordnung 1 dadurch ausgeglichen, dass sich das Vorspannelement 22 entsprechend axial ausdehnt. Die Grundvorspannung wird im wesentlichen beibehalten.
Da die Grundvorspannung relativ gering ist, könnte sich die Lageranordnung 1 während des Betriebs mit höherer Belastung lockern. Diese Lockerung führt dazu, dass sich die Stelleinheit 15 spreizt, d. h., dass sie axial breiter wird und dabei die Vorspannung in Abhängigkeit der Belastung über den Wert der Grundvorspannung hinaus erhöht. Da die Anordnung von Anfang an mit einer Grundvorspannung versehen ist, sind sowohl die Schwenkbewegung als auch die daraus resultierende axiale Verschiebung nahezu Null. Es wird somit lediglich eine aus den Stellkräften resultierende axiale Vorspannkraft ausgeübt, die den Abfall der Grundvorspannung kompensiert und gegebenenfalls lastabhängig die Vorspannung erhöht. Je höher die Belastung wird, umso die höher werden die Stellkräfte der an der Stelleinheit 15 und umso höher wird deshalb die Lageranordnung 1 vorgespannt. Die Stellkräfte sind in der 1 mit den in entgegengesetzte axiale Richtungen weisenden Richtungspfeilen 23 und 24 markiert.
6 – 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lageranordnung 30 mit zwei gegeneinander in X-Anordnung angestellten Wälzlagern 29 und 34 in Form von Kegelrollenlagern zur Lagerung einer Welle 31 mit Zahnrad 32, in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse 33 der Welle bzw. der Lageranordnung 30. Die Lageranordnung 30 ist durch die Wälzlager 29 und 34, die Welle 31 und eine Stelleinheit 35 gebildet. Die Wälzlager 29 und 34 weisen zueinander separate Außenringe 36 auf die in einer Bohrung 37 eines Gehäuses 38 sitzen. Die Lageranordnung 30 ist mit einem Deckel 39 in der Bohrung 37 axial gesichert. Alternativ ist anstelle des Deckels 39 ein Sicherungsring oder jede beliebige andere axiale Sicherung vorgesehen. Das Wälzlager 29 weist einen Innenring 40 auf, der axial verschiebbar auf der Welle 31 sitzt. Die Welle 31 ist mit einer Steckverzahnung 41 versehen, auf die der Innenring 42 des Wälzlagers 34 axial verschiebbar aber zur Welle 31 rotationsfest angeordnet ist.
Zwischen dem Innenring 40 und dem Außenring 36 des Wälzlagers 29 ist eine Reihe 10 mit Wälzkörpern 12 in Form von Kegelrollen angeordnet. Zwischen dem Innenring 42 und dem Außenring 36 des Wälzlagers 34 ist eine Reihe 11 mit Wälzkörpern 12 angeordnet.
Die Welle 31 an der Innenring 40 sind mittels eines Sicherungsringes 45 axial aneinander gesichert. Die Stelleinheit 35 ist axial zwischen den beiden Wälzla– gern 29 und 34 angeordnet und stützt sich dabei in die eine axiale Richtung an einem Vorspannelement 46 und in die andere axiale Richtung an dem Innenring 42 axial ab. Das Vorspannelement 46 ist entweder ein Federelement oder ein auf Temperaturänderung ansprechendes Spielausgleichselement. Das Vorspannelement 46 sitzt axial zwischen dem Innenring 40 und der Stelleinheit 35.
6 – Funktion der Lageranordnung 30 – Die montierte Lageranordnung 30 durch das Vorspannelement 46 mit einer Grundvorspannung vorgespannt. Dabei ist das Vorspannelement axial in die eine Richtung gegenüber dem Innenring 40 und in die andere axiale Richtung gegenüber deren nicht gespreizten Stelleinheit 35 vorgespannt. Die Vorspannkräfte werden in die mit den in entgegengesetzte axiale Richtung weisenden Richtungspfeilen 43 und 44 ausgeübt und spannen somit die Innenringe 40 und 42 gegen die Wälzkörper 12 und diese wiederum gegen die Außenringe 36.
Im der Anordnung werden zum Beispiel Zahnkräfte 28 antreibend auf das Zahnrad 32 übertragen, die an der Welle 31 Drehmomente erzeugen, welche über den Innenring 40 an die nicht dargestellte Anschlusskonstruktion übertragen werden. Die Lageranordnung 30 ist zunächst mit der Grundvorspannung vorgespannt. Durch Wärme entstehende Spiele werden bei geringer Belastung der Lageranordnung durch das Vorspannelement 46 axial ausgeglichen, so dass die Grundvorspannung im Wesentlichen erhalten bleibt.
Da die Grundvorspannung relativ gering ist, könnte sich die Lageranordnung 30 während des Betriebs mit höherer Belastung lockern, jedoch wird das durch die Stelleinheit 35 verhindert, welche die Vorspannung in Abhängigkeit der Belastung über die Grundvorspannung hinaus erhöht. Da die Anordnung von Anfang an mit einer Grundvorspannung versehen ist, sind sowohl die Schwenkbewegung als auch die daraus resultierende axiale Verschiebung nahezu Null. Es wird somit lediglich eine aus den Stellkräften resultierende axiale Vorspannkraft ausgeübt, die den Abfall der Grundvorspannung kompensiert und gegebenenfalls lastabhängig die Vorspannung erhöht. Die Stellkräfte der Stelleinheit 35 wirken in die mit den Richtungspfeilen 43 und 44 markierten axialen Richtungen.
1 – Aufbau der Stelleinheit 15 – Die Stelleinheit 15 weist zwei Rampenelemente in Form von Rampenscheiben 47 und 48 auf. Die Rampenscheiben 47 und 48 sind spanlos durch beispielsweise Kaltumformen und Stanzen aus Blech hergestellt. Beide Rampenscheiben weisen axiale Führungs- und oder Befestigungsabschnitte 49 und 50 auf, mit denen diese relativ zueinander beweglich aneinander gehalten und zur Umgebungskonstruktion geführt sind. Die radialen Scheibenabschnitte 51 und 52 weisen Rampen 53, 54, 55 und 56 auf, wie die, die in den 4 und 5 schematisch dargestellt sind. Zwischen den Rampenscheiben 47 und 48 sind am Umfang um die Welle 4 herum axial Klemmkörper 57 in Form von Rollen angeordnet und mittels eines Käfigs 58 geführt und gehalten.
2, 3 und 6 – Aufbau der Stelleinheit 35 – die Stelleinheit 35 ist eine aus einem Gehäuse 59, zwei Rampenelementen in Form von Rampenscheiben 60 und 61, Klemmkörpern 57 mit Käfig 62 und dem Vorspannelement 46 zusammengesetzte und in sich selbst haltende Baugruppe 66, wie diese in den 2 und 3 dargestellt ist.
2 und 3 – Aufbau der Stelleinheit 66 – Die Baugruppe 66 ist durch das Gehäuse 59 zusammengehalten, welches axial gerichtete Klammern 64 und 65 aufweist, die in einer Richtung die Rampenscheibe 61 und in die andere Richtung das Vorspannelement 46 hintergreifen. Dadurch sind auch die Rampenscheibe 60 sowie die Klemmkörper 57 mit Käfig 58 eingekapselt. Die Rampenscheiben 60 und 61 sind im wesentlichen durch mehrere am Umfang verteilte Rampen 53 und 54 bzw. 55 und 56 gebildet, die von einer jeweiligen Talsohle 62 bzw. 63 aus in Umfangsrichtung ausgerichtet sind und die in diesem Falle von der Talsohle 62 bzw. 63 aus in entgegengesetzte Richtung einen linearen axialen Anstieg aufweisen.
Funktion der Stelleinheiten 15 und 35 – 1, 2, 4 und 6 – In diesem Betriebszustand sind die Rampenscheiben der nicht gespreizten Stelleinheiten 15 und 35 in einer Ausgangstellung, in der die Klemmkörper 57 in dem Talsohle 62 und 63 zwischen den Rampen 53 und 54 auf der einen Seite und den Rampen 55 und 56 auf der anderen Seite durch die Wirkung des jeweiligen Vorspann elements 22 bzw. 46 eingeklemmt sind. Die minimal mögliche Breite B der Stelleinheiten 15 und 35 ist eingestellt.

Funktion der Stelleinheiten 15 und 35 – 3 und 5 – In diesem Betriebszustand sind die Rampen 53 und 54 und damit die Talsohle 62 gegenüber den Rampen 55 und 56 und damit der Talsohle 63 in Umfangsrichtung um die Rotationsachse 7 bzw. 33 verschwenkt, wobei die jeweiligen Klemmkörper 57 mitgenommen wurden und in diesem Fall synchron auf den Rampen 54 und 55 aufgestiegen sind und so die Breite B der Stelleinheit 15 bzw. 35 um das Spaltmaß S auf die Breite' vergrößert wurde. Dargestellt ist Letzteres die für die Stelleinheit 35 in 3. Aus dieser Stellung kann die jeweilige Stelleinheit 15 bzw. 35 wieder in die Grundstellung nach 2 zurückgestellt werden. Bezugszeichen

1	Lageranordnung	33	Rotationsachse
2	Wälzlager	34	Wälzlager
3	Wälzlager	35	Stelleinheit
4	Welle	36	Außenring
5	Zahnrad	37	Bohrung
6	Gehäuse	38	Gehäuse
7	Rotationsachse	39	Deckel
8	Baueinheit	40	Innenring
9	Außenring	41	Steckverzahnung
10, 11	Reihe	42	Innenring
12	Wälzkörper	43, 44	Richtungspfeil
13	Innenring	45	Sicherungsring
14	Innenring	46	Vorspannelement
15	Stelleinheit	47	Rampenscheibe
16	Käfig	48	Rampenscheibe
17	Laufbahn des Innenrings	49	Befestigungsabschnitt
18	Laufbahn des Außenrings	50	Befestigungsabschnitt
19	Laufbahn des Innenrings	51	Scheibenabschnitt
20	Laufbahn des Außenrings	52	Scheibenabschnitt
21	Steckverzahnung	53, 54	Rampe
22	Vorspannelement	55, 56	Rampe
23, 24	Richtungspfeil	57	Klemmkörper
25	Sicherungsring	58	Käfig
26	Befestigungsflansch	59	Gehäuse
27, 28	Zahnkräfte	60	Rampenscheibe
29	Wälzlager	61	Rampenscheibe
30	Lageranordnung	62, 63	Talsohle
31	Welle	64, 65	Klammer
32	Zahnrad	66	Baugruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2532313 A1 [0003, 0004, 0005]
- DE 19908316 B4 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ”die Wälzlagerpraxis” Brändlein et al [0012]

Claims

Lastabhängig vorgespannte Lageranordnung zur Lagerung einer Welle mit wenigstens einem durch zumindest eine Stelleinheit zumindest axial vorspannbaren Wälzlager zur Lagerung der Welle, wobei die Stelleinheit wenigsten zwei miteinander in Wirkverbindung gebrachte Rampenelemente aufweist, von denen wenigstens ein erstes der Rampenelemente gegenüber einem zweiten der Rampenelemente verschwenkbar und entlang der Rotationsachse axial verschiebbar ist und das zweite der Rampenelemente relativ zur Rotationsachse der Welle drehfest und axial entlang der Rotationsachse der Welle verschiebbar ist und dabei axial relativ gegen einen Lagerring des Wälzlagers abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (35) eine vormontierte Baugruppe (66) zumindest aus den Rampenelementen ist, welcher formschlüssig und relativbeweglich zueinander aneinander gehalten sind. (2, 3 und 6)
Lageranordnung nach Anspruch 1, die zwei in X-Anordnung gegeneinander angestellte und vorgespannte als Schrägwälzlager ausgebildete Wälzlager (29, 34) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (35) zwischen den Schrägwälzlagern auf der Welle (31) angeordnet ist, wobei wenigstens ein Lagerring (40, 42) eines der Schrägwälzlager mittels der Stelleinheit (35) beaufschlagt ist, und wobei die Lageranordnung (30) mittels der Stelleinheit (35) vorgespannt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Stelleinheit (35) ein Vorspannelement (46) in die Stelleinheit (35) integriert ist, mittels dessen eine axiale Grundvorspannung in der vorgespannten Lageranordnung (30) einstellbar ist.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (46) zumindest ein auf Temperaturänderung ansprechendes Spielausgleichselement ist.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (46) wenigstens ein axial federelastisch vorspannbares Spielausgleichselement ist.
Stelleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen den Rampenelementen Klemmkörper (57) angeordnet sind.
Lastabhängig vorgespannte Lageranordnung zur Lagerung einer Welle mit wenigstens einem durch zumindest eine Stelleinheit zumindest axial vorspannbaren Wälzlager zur Lagerung der Welle, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (1) und die Stelleinheit (15) als vormontierte Baueinheit (8) in sich selbst haltend ausgebildet ist. (1)
Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (1) mindestens zwei gegeneinander angestellte und mittels der Stelleinheit (15) vorgespannte Wälzlager (2, 3) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vormontierte Baueinheit (8) die Welle (4) aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (8) in einem den Wälzlagern (2, 3) gemeinsamen Außenring (9) zur Baueinheit (8) gehalten ist.