DE102009056352B4

DE102009056352B4 - Wälzlager mit am Lageraußenring angebrachten höckerartigen Vorsprüngen

Info

Publication number: DE102009056352B4
Application number: DE102009056352.0A
Authority: DE
Inventors: Florian Dörrfuß; Norbert Radinger; Dr. Smetana Tomas
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: CN102667194A; DE102009056352A1; CN102667194B; WO2011064062A1

Abstract

Wälzlager (1) mit einem Lagerinnenring und einem radial außerhalb davon angeordneten Lageraußenring (2), zwischen denen Wälzkörper positioniert sind, wobei radial außerhalb vom Lageraußenring (2) ein einstückiges Abkopplungselement (3) als Schwingungsdämpfer vorhanden ist, das den Lageraußenring (2) zumindest abschnittsweise umgreift und mit einem zumindest teilzylinderförmig ausgestalteten Auflageabschnitt (4) auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) aufliegt, wobei der Auflageabschnitt (4) in axialer Richtung durch einen Federabschnitt (5) unterbrochen ist, bei dem das Abkopplungselement (3) von der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) beabstandet ist, wobei auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) zwei sich zumindest teilweise über den Umfang erstreckende höckerartige Vorsprünge (6) vorhanden sind, auf denen der Auflageabschnitt (4) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkopplungselement (3) einstückig ausgebildet ist und in axialer Richtung außerhalb des Auflageabschnitts (4) und quer dazu angeordnete, zum Lagerinnenring weisende Borde (9) ausgebildet sind, wobei die Borde (9) radial nach innen verlaufende Anlageflächen (13) aufweisen, die sich gegenüber liegen und flächig in Anlage mit einer Schulter je einer Ausnehmung auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) sind, wobei die Ausnehmungen jeweils als Nut (14) am axialen Ende des Lageraußenrings (2) ausgebildet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, unter anderem mit einem Lagerinnenring und einem radial außerhalb davon angeordneten Lageraußenring, zwischen denen Wälzkörper positioniert sind, wobei radial außerhalb vom Lageraußenring ein einstückiges Abkopplungselement als Schwingungsdämpfer vorhanden ist, das den Lageraußenring zumindest abschnittsweise umgreift und mit einem zumindest teilzylinderförmig ausgestalteten Auflageabschnitt auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings aufliegt, wobei der Auflageabschnitt in axialer Richtung durch einen Federabschnitt unterbrochen ist, bei dem das Abkopplungselement von der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings beabstandet ist.
Hintergrund der Erfindung
Solche Wälzlager, die als Wälzkörper abrollende Elemente umfassen, sind aus dem Stand der Technik etwa der DE 10 2007 045 671 A1 , der DE 221 409 A oder der DE 3041804 A1 bekannt. Als Wälzkörper können Kugeln, Rollen, Walzen, Nadeln, Kegel oder ähnliche Elemente verwendet werden. Diese abrollenden Elemente sind im Regelfall in einem Käfig gehalten, der zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring vorhanden ist. Solche Wälzlager werden zur Lagerung von Wellen verwendet. Solche Wellen finden u. a. auch in stufenlos arbeitenden Getrieben Anwendung. Solche Getriebe werden als CVT-Getriebe bezeichnet.
Auf einer in einem solchen CVT-Getriebe verwendeten Welle sind häufig Kegelscheibenräder angebracht, die von einem Umschlingungsmittel zumindest teilweise umschlungen werden. Die Kegelscheibenräder sind zueinander verstellbar, wobei jedoch die Umschlingungsmittel, wie bspw. Lamellenketten, in Anlage mit den Kegelscheibenrädern bleiben.
Bei solchen CVT-Getrieben treten ungewollte Schwingungen auf, die dann über die Welle, die Lagerinnenschale, die Wälzkörper und die Lageraußenschale auf ein das Wälzlager aufnehmendes Gehäuse übertragen werden. Es wird dabei vor allem Körperschall übertragen. Da das Gehäuse zusammen mit dem CVT-Getriebe häufig in Kraftfahrzeugen, wie Pkws oder Lkws Anwendung findet, aber auch Traktoren und Erdbaumaschinen, ist dort die erhöhte Anforderung an Schallemissionen zu berücksichtigen.
Diese grundsätzliche Aufgabe der Schallreduktion oder Vermeidung von Schallübertragung wird im Stand der Technik bereits diskutiert. So offenbart die DE 10203307 A1 ein Lagerungskonzept für drehende Wellen. Dort werden drei unterschiedliche Ansätze erläutert, um eine Schallübertragung vom Lageraußenring auf ein Gehäuse zu verhindern. So wird bspw. angeregt, eine teilzylinderförmige Hülse über den Lageraußenring zu stülpen, wobei die Hülse Vorsprünge aufweist, die abwechselnd nach innen oder nach außen ragen. Die Vorsprünge sind dabei in einer Axialrichtung des Lagers ausgerichtet und in Umfangsrichtung zueinander unterbrochen.
Auch wird in der DE 10203307 A1 offenbart, das ein hülsenartiges Kombinationselement verwendet wird, das eine elastische Schicht zwischen zwei Metalllagen aufweist, wobei die eine Metalllage in Anlage mit dem Gehäuse und die andere Metalllage in Anlage mit dem Außenring des Lagers befindlich ist.
Eine weitere Lösung wird in der DE 10203307 A1 dadurch angeboten, dass mehrere wellenförmig ausgebildeten Federelemente, die keinen durchgängigen Querschnitt aufweisen, miteinander kombiniert werden, wobei die Erhebungen und Vertiefungen zueinander versetzt angeordnet sind. Dieser dadurch geschaffene Ring aus mehreren Elementen wird dann auf der Außenseite der Lageraußenschale positioniert.
Auch ist es bekannt, mehrere federnde Elemente zusammenzufassen und von außen mit einer Sicherungsbuchse auf den Lageraußenring zu drücken. Ferner ist es bekannt, zwei halbzylinderförmige Segmente sich ergänzend von außen am Lageraußenring miteinander zu kombinieren. Dabei liegen die Elemente flächig auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings auf. Von diesem Bereich nach innen orthogonal abstehend, sind Borde angeordnet, die in Anlage mit den axialen Außenseiten des Lageraußenrings befindlich sind. Ferner sind sowohl in die Borde als auch in die mit der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings in Anlage befindlichen Abschnitte Schlitze eingebracht.
Auch die DE 10307842 A1 offenbart eine Vielzahl von potenziellen Lösungsmöglichkeiten für die allgemeine Aufgabe in dem Anwendungsgebiet. So wird bspw. eine den Lageraußenring umgreifende Hülse offenbart, die in einem mittigen Bereich von Anlageabschnitten radial nach außen abstehende radiale Wölbungen aufweist.
Weiterer Stand der Technik ist in der US 1,423,950 A , der DE 200 12 676 U1 , der US 2002/0039461 A1 und der GB 532 653 A bekannt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsmöglichkeiten sind jedoch aufwändig in der Fertigung und daher sehr kostenintensiv. So ist bspw. das Einbringen der erläuterten Schlitze bisher nur durch teure Draht- oder Laserschneidverfahren überhaupt möglich. Es stellt sich dann jedoch der Nachteil ein, dass neben einer radialen Verschiebbarkeit des Wälzlagers dann auch eine axiale Verschiebbarkeit aufgrund der Verwindung der den Lageraußenring umgebenden Hülse die Folge ist.
Auch die in der DE 10307842 A1 offenbarten Lösungsmöglichkeiten sind noch verbesserungsfähig, da deren Realisierung relativ aufwändig ist.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden und eine kostengünstige, effiziente und langlebige Geräuschvermeidungsmöglichkeit für die Lagerung von CVT-Getriebewellen zur Verfügung zu stellen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Die Auflage ist nun nicht mehr an den Enden der Borden notwendigerweise vorzuhalten, sondern ist auf der Innenseite der Abkopplungselemente in dem Bereich des größten Innendurchmessers vorgehalten. Um einen federnden Bereich des Abkopplungselementes vorzuhalten, also auch einen Bereich zur Verfügung zu stellen, in dem ein Teil des Abkopplungselementes in Richtung des Lagerinnenrings bewegbar ist, stellen die höckerartigen Vorsprünge einen zwischen diesen befindlichen Einfederbereich zur Verfügung.
Da in axialer Richtung, außerhalb des Auflageabschnitts und quer dazu angeordnete, zum Lagerinnenring weisende Borde, ausgebildet sind, so kann das Abkopplungselement auch in axialer Richtung präzise auf dem Lageraußenring positioniert werden. Es ist dabei ferner von Vorteil, wenn die Borde einen orthogonalen Winkel zum zylinderförmigen Auflageabschnitt einnehmen. Die Positionierbarkeit des Abkopplungselementes relativ zum Lageraußenring lässt sich dann bei gleichzeitiger Vereinfachung des Herstellprozesses realisieren.
Da die Borde radial nach innen verlaufende Anlageflächen aufweisen, die sich gegenüber liegen und flächig in Anlage mit einer Schulter je einer Ausnehmung auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings sind, wobei die Ausnehmung jeweils als vorzugsweise umlaufende Nut am axialen Ende der Lageraußenschale ausgebildet ist, lässt sich die Qualität des Wälzlagers weiter erhöhen.
Eine Geräuschoptimierung in stufenlosen Getrieben ist dadurch effizient realisierbar. Die über die Kettenglieder der CVT-Kette herrührenden Schwingungen, welche sich über die Lager auf die Getriebegehäuse übertragen, lassen sich dadurch reduzieren. Eine Entkoppelung des Gehäuses in radialer Richtung wird selbst bei Festlagern möglich, welche immer noch in axialer Richtung festlegbar sind. Die Gehäuseschwingungen und damit auch die Schallemissionen lassen sich deutlich reduzieren.
Die Toleranzkette wird auch nicht verlängert. Auch müssen die Durchmesser der Borde nicht notwendigerweise geschliffen werden, um eine angemessene Funktion überhaupt zu gewährleisten. Dadurch summieren sich nicht mehr eine Vielzahl von Schleiftoleranzen miteinander.
Das Abkopplungselement kann einen geschlossenen durchgängigen Querschnitt aufweisen oder an einer Stelle durchbrochen sein. Mit anderen Worten kann das Abkopplungselement eine Tubusform aufweisen oder die Form einer geschlitzten Hülse. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Montageformen realisieren, was die Gestaltungsfreiheit erhöht.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn der Federabschnitt zwischen zwei radial ausgerichteten gedachten Ebenen durch die Vorsprünge befindlich ist. Der Federabschnitt kann dann in einen Einfederbereich zwischen den Vorsprüngen einfedern und dadurch die gewünschte Schwingungsreduktionswirkung zur Verfügung stellen.
Besonders verrutschsicher lässt sich das Wälzlager gestalten, wenn das Abkopplungselement als Hülse mit einem zylinderförmigen Auflageabschnitt ausgebildet ist.
Es ist auch von Vorteil, wenn in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Federabschnitt Ausnehmungen aufweist. Auf diese Weise lässt sich gezielt das Federverhalten so einstellen, dass die notwendige radiale Steifigkeit gewährleistet bleibt. Es lassen sich dann radiale Steifigkeiten von 150.000 N/mm² mit einem Einstellbereich von 20.000 N/mm² um diesen Wert herum realisieren.
Die Ausnehmungen können dabei kreisrund, dreieckig oder schlitzförmig ausgestaltet sein. Wenn die Dreiecke gleichschenklig ausgebildet sind, ist dies weiter von Vorteil. Auch ist es dabei von Vorteil, wenn die Dreiecke aufeinander zu ausgerichtet und zueinander versetzt sind. Bei einer kreisrunden Ausgestaltung der Ausnehmungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn drei zueinander versetzte Reihen in den Abschnitt eingebracht sind. Die Ausnehmungen müssen nicht notwendigerweise außerhalb des Auflageabschnitts enden, sondern können sogar teilweise in diesen hinein ragen.
Wenn die Borde ausnehmungsfrei ausgestaltet sind, so wird eine axiale Verschiebbarkeit des Abkopplungselementes verhindert, da die Borde stabilisierend auf das Abkopplungselement beim Einwirken axialer Kräfte wirken und nicht geschwächt sind.
Es ist ferner von Vorteil, wenn das Abkopplungselement in einem Verbindungsbereich zwischen einem der Borde und dem Auflageabschnitt eine Verdünnung zur Verfügungsstellung einer Bördelstufe aufweist. Auf diese Weise lässt sich ein topfförmig vorgeformtes Abkopplungselement mit einer durchgängigen Öffnung von der einen Seite auf den Lageraußenring aufbringen und dann durch einen Bördelvorgang so umformen, dass sich der zweite Bord von der Bördelstufe weg nach innen erstreckt. Ein einfacher Herstellungsprozess bei gleichzeitig präziser Fertigung des Wälzlagers lässt sich dann realisieren.
Auch ist es von Vorteil, wenn sich die Vorsprünge unterbrechungsfrei über den Umfang der äußeren Mantelfläche der Lageraußenschale erstrecken. Ein gleichmäßiger Kraftübergang ist dann die Folge.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Außenseiten der Borde mit den Außenseiten der Lageraußenschale in axialer Richtung bündig abschließen. Das Gehäuse muss dann nicht speziell auf das Wälzlager vorbereitet sein.
Wenn die Verdünnung als auf der Innenseite des Abkopplungselementes ausgebildete umlaufende Nut ausgeformt ist, so lässt sich das Abkopplungselement mit einfachen Mitteln für den Bördelvorgang vorbereiten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen im Querschnitt dargestellten Abschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers im Bereich eines Lageraußenrings und eines ersten Abkopplungselementes;
2 eine perspektivische Ansicht des Abkopplungselementes des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Abkopplungselementes an einem Lageraußenring in einer Querschnittsdarstellung;
4 das zweite Ausführungsbeispiel eines Abkopplungselementes in perspektivischer Ansicht;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Abkopplungselementes am Lageraußenring im Querschnitt;
6 das dritte Ausführungsbeispiel des Abkopplungselementes in perspektivischer Ansicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist ein Abschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 dargestellt. Ein Lagerinnenring ist nicht dargestellt, genauso wenig wie die Wälzkörper, die in einem Käfig gelagert sind. Lediglich der Lageraußenring 2 ist dargestellt. Auch ist ein radial außerhalb des Lageraußenrings 2 angeordnetes Abkopplungselement 3 dargestellt. Das Abkopplungselement 3 weist einen von einem Federabschnitt 4 unterbrochenen Auflageabschnitt 5 auf. Der Auflageabschnitt 5 liegt an höckerartigen Vorsprüngen 6 an. Die Vorsprünge 6 haben eine Vorsprungsoberfläche 7. Die axiale Länge der Vorsprungsoberfläche 7 zuzüglich der axialen Länge des Federabschnitts 4 ergibt die axiale Länge des Auflageabschnitts 5. Der Auflageabschnitt 5 liegt somit letztendlich nur im Bereich der Vorsprungsoberfläche 7 auf einer radialen Umfangsfläche 8 des Lageraußenrings 2 an.
Orthogonal von dem Auflageabschnitt 5 des Abkopplungselementes 3 abstehend, sind endseitig des Abkopplungselementes 3 zwei um 90° abgewinkelte und radial nach innen abstehende Borde 9 ausgeformt. Die Borde 9 sind integrale Bestandteile des Abkopplungselementes 3. Eines der Borde 9 weist im Übergangsbereich zu dem Auflageabschnitt 5 allerdings einen Verdünnungsbereich 10 auf. Dieser kann durch das Bördeln entstehen. Mittig im Auflageabschnitt 5, nämlich in den Federabschnitt 4 eingebracht, sind in dem ersten Ausführungsbeispiel als Schlitze ausgebildete Ausnehmungen 11 vorhanden.
Das Abkopplungselement 3 ist aus einem eisenhaltigen Werkstoff, wie Stahl, gefertigt. Auch sind ebenso nicht-eisenhaltige Metalle einsetzbar, insbesondere bei geringen Lasten. Das Abkopplungselement 3 ist aus gehärtetem oder ungehärtetem Material hergestellt, um ein Umbördeln eines der Borde 9 zu ermöglichen. Bei Verwendung eines gehärteten Abkopplungselements 3 wird dieses im Bereich der Borde 9 induktiv angelassen. An den Borden 9 vorhandene Innenseiten 12 sind als Anlageflächen 13 ausgebildet. Die Anlageflächen 13 sind parallel zu einer radialen Richtung y ausgerichtet. Diese radiale Richtung y ist senkrecht zu einer axialen Richtung x ausgerichtet.
Die Borde 9 liegen bündig in je einer Nut 14 an den axialen Enden des Lageraußenrings 2 und berühren den Lageraußenring 2 nur im Bereich der Anlageflächen 13. Zwischen den distalen Enden der Borde 9 und dem Lageraußenring 2 ist vorzugsweise ein kleiner Spalt vorhanden. Bei entsprechenden Fertigungstechniken kann auf diesen Spalt auch verzichtet werden.
In 2 ist das Abkopplungselement 3 des ersten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Darstellung visualisiert, wobei die Ausnehmungen 11 als Schlitze ausgebildet sind. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel, weist das in den 3 und 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel am Abkopplungselement 3 Ausnehmungen 11 auf, die als gleichseitige Dreiecke ausgeformt sind. Prinzipiell sind aber auch alle anderen Dreiecksformen verwendbar. Die Dreiecke sind mit einer ihrer Spitzen aufeinander zu ausgerichtet und zweireihig angeordnet.
Als weitere Variante ist in den 5 und 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wälzlagers 1 mit einem Abkopplungselement 3 dargestellt, das kreisrunde Ausnehmungen 11 aufweist. Diese Ausnehmungen 11 sind in drei versetzt zueinander angeordneten Reihen angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlager
2: Lageraußenring
3: Abkopplungselement
4: Federabschnitt
5: Auflageabschnitt
6: Vorsprung
7: Vorsprungsoberfläche
8: radiale Umfangsfläche
9: Borde
10: Verdünnungsbereich
11: Ausnehmung
12: Innenseiten
13: Anlageflächen
14: Nut

Claims

Wälzlager (1) mit einem Lagerinnenring und einem radial außerhalb davon angeordneten Lageraußenring (2), zwischen denen Wälzkörper positioniert sind, wobei radial außerhalb vom Lageraußenring (2) ein einstückiges Abkopplungselement (3) als Schwingungsdämpfer vorhanden ist, das den Lageraußenring (2) zumindest abschnittsweise umgreift und mit einem zumindest teilzylinderförmig ausgestalteten Auflageabschnitt (4) auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) aufliegt, wobei der Auflageabschnitt (4) in axialer Richtung durch einen Federabschnitt (5) unterbrochen ist, bei dem das Abkopplungselement (3) von der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) beabstandet ist, wobei auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) zwei sich zumindest teilweise über den Umfang erstreckende höckerartige Vorsprünge (6) vorhanden sind, auf denen der Auflageabschnitt (4) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkopplungselement (3) einstückig ausgebildet ist und in axialer Richtung außerhalb des Auflageabschnitts (4) und quer dazu angeordnete, zum Lagerinnenring weisende Borde (9) ausgebildet sind, wobei die Borde (9) radial nach innen verlaufende Anlageflächen (13) aufweisen, die sich gegenüber liegen und flächig in Anlage mit einer Schulter je einer Ausnehmung auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) sind, wobei die Ausnehmungen jeweils als Nut (14) am axialen Ende des Lageraußenrings (2) ausgebildet sind.
Wälzlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (5) zwischen zwei radial ausgerichteten gedachten Ebenen durch die Vorsprünge (6) befindlich ist.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkopplungselement (3) als Hülse mit einem zylinderförmigen Auflageabschnitt (4) ausgebildet ist.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (5) Ausnehmungen (11) aufweist.
Wälzlager (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (11) kreisrund, dreieckig oder schlitzförmig ausgestaltet sind.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Borde (9) ausnehmungsfrei ausgestaltet sind.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkopplungselement (3) in einem Verbindungsbereich zwischen einem der Borde (9) und dem Auflageabschnitt (4) einen Verdünnungsbereich (10) zur Verfügungsstellung einer Bördelstufe aufweist.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorsprünge (6) unterbrechungsfrei über den Umfang der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) erstrecken.
Wälzlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen auf der äußeren Mantelfläche des Lageraußenrings (2) jeweils durch eine umlaufende Nut ausgebildet sind.