DE102010035784A1 - Multi-ring rolling bearing for motor vehicle, has thermal compensating element which is arranged between intermediate rings for supporting rolling elements of rolling rings - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Mehrring-Wälzlager, bestehend aus einem sich an einer Welle abstützenden ersten Laufring, sich auf Laufbahnen des ersten Laufrings und wenigstens eines Zwischenrings abstützenden Wälzkörpern eines ersten Wälzkörperrings, einem zweiten sich an einem Gehäuseelement oder an einer weiteren Welle abstützenden zweiten Laufring und sich auf Laufbahnen des wenigstens einen Zwischenrings und des zweiten Laufrings abstützenden Wälzkörpern eines zweiten Wälzkörperrings.The invention relates to a multi-ring rolling bearing, consisting of a bearing on a shaft first race, on raceways of the first race and at least one intermediate ring supporting rolling elements of a first Wälzkörperrings, a second supported on a housing element or on a further shaft second race and on rolling races of the at least one intermediate ring and the second race supporting rolling elements of a second Wälzkörperrings.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
In der
Außerdem ist aus der
Während bei diesen bekannten Mehrring-Wälzlagern unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen den Bauteilen keine große Rolle spielen, da beispielsweise ein Ausrücklager für Kupplungen in Kraftfahrzeugen in axialer Richtung in der Regel ein ausreichendes Spiel zwischen dem Ausrücklager und den zu betätigenden Kupplungselementen aufweist, ist dies bei der Lagerung von Getriebewellen nicht der Fall, da die Getriebewellen in der Regel aus Stahl gefertigt und in Gehäusen aus einer Leichtmetalllegierung gelagert sind, wobei die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Stahl und Aluminiumlegierungen im Verhältnis 1:2 stehen.While in these known multi-ring bearings different thermal expansion between the components play no major role, since for example a release bearing for clutches in motor vehicles in the axial direction usually has sufficient clearance between the release bearing and the coupling elements to be actuated, this is in the storage of Transmission shafts are not the case, since the transmission shafts are usually made of steel and mounted in housings made of a light metal alloy, wherein the coefficients of thermal expansion of steel and aluminum alloys in the ratio 1: 2 stand.
Um diese unterschiedlichen Wärmeausdehnungen im Betrieb auszugleichen, ist es aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axiallagerung für Wellen, beispielsweise in einem automatischen Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, vorzuschlagen, die für hohe Drehzahldifferenzen der Wellen untereinander und/oder gegenüber Gehäuseelementen geeignet ist. Zusätzlich soll das Mehrring-Wälzlager, falls erforderlich, die axiale Vorspannung der Lagerung über einen möglichst großen Temperaturbereich im Wesentlichen konstant halten.Against this background, the invention has the object, an axial bearing for waves, for example, in an automatic multi-step transmission for motor vehicles to propose, which is suitable for high speed differences of the waves with each other and / or housing elements. In addition, if necessary, the multi-ring rolling bearing should keep the axial preload of the bearing substantially constant over the largest possible temperature range.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Weiterbildungen den Unteransprüchen entnehmbar sind. Zwei Verwendungsansprüche definieren eine besonders vorteilhafte Verwendung des Mehrring-Wälzlagers gemäß der Erfindung.The solution of this problem arises from the features of the main claim, while advantageous developments of the dependent claims are removed. Two use claims define a particularly advantageous use of the multi-ring rolling bearing according to the invention.
Demnach betrifft die Erfindung zunächst ein Mehrring-Wälzlager, bestehend aus einem sich an einer Welle abstützenden ersten Laufring, sich auf Laufbahnen des ersten Laufrings und wenigstens eines Zwischenrings abstützenden Wälzkörpern eines ersten Wälzkörperrings, einem zweiten sich an einem Gehäuseelement oder an einer weiteren Welle abstützenden zweiten Laufring und sich auf Laufbahnen des wenigstens einen Zwischenrings und des zweiten Laufrings abstützenden Wälzkörpern eines zweiten Wälzkörperrings. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass zwischen zwei Zwischenringen des Mehrring-Wälzlagers ein thermisches Ausgleichselement angeordnet ist.Accordingly, the invention initially relates to a multi-ring roller bearing, comprising a first race supporting on a shaft, rolling bodies of a first rolling element ring supporting raceways of the first race and at least one intermediate ring, a second second element supporting a housing element or a further shaft Running ring and on raceways of the at least one intermediate ring and the second race supporting rolling elements of a second Wälzkörperrings. To achieve the object, it is provided that a thermal compensation element is arranged between two intermediate rings of the multi-ring rolling bearing.
Durch diesen Aufbau kann eine sehr schnell drehende Welle, an der beispielsweise Relativdrehzahl von mehr als 10.000 Umdrehungen pro Minute wirksam ist, sicher gelagert werden, da das Mehrring-Wälzlager aufgrund seiner Konstruktion eine deutliche Reduzierung der an dem jeweiligen Bauteil wirksamen Relativdrehzahl bewirkt. Außerdem ermöglicht das thermische Ausgleichselement zwischen den Lagerringen des Mehrring-Wälzlagers, dass temperaturbedingte Geometrieänderungen ein bei der Lagermontage eingestelltes Lagerspiel nicht verändern. Derartige temperaturbedingte Geometrieänderungen treten wie bereits erwähnt bei Bauteilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, beispielsweise bei einem aus einer Leichtmetalllegierung bestehenden Gehäuseelement und einer aus Stahl gefertigten Getriebewelle.By this structure, a very fast-rotating shaft on which, for example, relative speed of more than 10,000 revolutions per minute is effective, be stored safely, since the multi-ring rolling bearing causes a significant reduction in the effective relative to the respective component relative speed due to its construction. In addition, the thermal compensation element between the bearing rings of the multi-ring roller bearing allows temperature-induced changes in geometry do not change a set during the bearing mounting bearing clearance. Such temperature-induced changes in geometry occur, as already mentioned, in the case of components having different coefficients of thermal expansion, for example in the case of a housing element consisting of a light metal alloy and a gear shaft made of steel.
Die bauliche Zusammenfassung von zwei axial hintereinander angeordneten Wälzkörperreihen und einem axial dazwischen angeordnetem thermischen Ausgleichselement zu einem Mehrring-Wälzlager macht diese Lagerung sehr kompakt und bei der Montage leicht handhabbar.The structural summary of two axially successively arranged Wälzkörperreihen and an axially intermediate thermal compensation element to a multi-ring rolling bearing makes this storage very compact and easy to handle during assembly.
In der Regel stellen hohe Relativdrehzahlen von mehr als 10.000 Umdrehungen pro Minute ein Problem für Wellenlagerungen dar. Ein typisches Schadensbild ist beispielsweise das so genannte „Nadelbohren”, bei dem nadelförmige Wälzkörper radial aus dem Lager heraustreten und den zugeordneten Käfig zerstören. Durch die Anordnung eines zwei Einzelringe umfassenden Zwischenringes stellen sich die Drehzahlen der beiden Lagerungen in Abhängigkeit von dem Reibmoment der Lagerungen auf ein niedrigeres Drehzahlniveau ein. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Lagerungen aufgrund ihrer Schleppmomente so eingestellt werden, dass sie beide in etwa die Hälfte der Relativdrehzahl zwischen den Wellen aufweisen.In general, high relative speeds of more than 10,000 revolutions per minute pose a problem for shaft bearings. A typical type of damage, for example, the so-called "needle drilling" in which needle-shaped rolling elements radially out of the camp and destroy the associated cage. By arranging an intermediate ring comprising two individual rings, the rotational speeds of the two bearings are set to a lower speed level as a function of the friction torque of the bearings. It is particularly advantageous if the bearings are adjusted due to their drag torque so that they both have approximately half of the relative rotational speed between the waves.
Gemäß einer ersten Variante ist vorgesehen, dass die Wälzkörper nadelförmig ausgebildet und bei jedem der beiden Wälzkörperringe in einem Käfig gehalten sind. Das Mehrring-Wälzlager ist demnach als Nadellager ausgebildet.According to a first variant, it is provided that the rolling elements are needle-shaped and held in a cage in each of the two Wälzkörperringe. The multi-ring roller bearing is therefore designed as a needle bearing.
In einer zweiten Variante ist dagegen vorgesehen, dass die Wälzkörper nadelförmig und kugelförmig ausgebildet sind, und dass diese zu einem Nadelring bzw. zu einem Kugelring im Mehrring-Wälzlager angeordnet sind. Bei dieser Bauform ist das Mehrring-Wälzlager als kombiniertes Nadellager und Kugellager ausgebildet, welches Radialkräfte und Axialkräfte weiterleiten kann.In a second variant, however, it is provided that the rolling elements are needle-shaped and spherical, and that they are arranged to form a needle ring or a ball ring in the multi-ring roller bearing. In this design, the multi-ring rolling bearing is designed as a combined needle bearing and ball bearings, which can forward radial forces and axial forces.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Mehrring-Wälzlager gemäß der Erfindung als Axiallager ausgebildet. Außerdem besteht das thermische Ausgleichselement bevorzugt aus einem Elastomer. Das thermische Ausgleichselement kann aber auch flüssigkeits- oder gasgefüllte Aktuatoren aufweisen, oder es kann als Piezo-Aktuator ausgebildet sein.In a preferred embodiment of the invention, the multi-ring rolling bearing is designed according to the invention as a thrust bearing. In addition, the thermal compensating element is preferably made of an elastomer. The thermal compensating element may also have liquid or gas filled actuators, or it may be formed as a piezo actuator.
Das thermische Ausgleichselement weist vorzugsweise eine ringförmige Geometrie auf und hat etwa den gleichen Außendurchmesser wie die Laufringe des Mehrring-Wälzlagers. Das thermische Ausgleichselement ist zwischen zwei axial gegeneinander verschiebbare U-förmige Ringe eingeschlossen und kann sich zwischen diesen axial Ausdehnen oder Zusammenziehen.The thermal compensating element preferably has an annular geometry and has approximately the same outer diameter as the races of the multi-ring rolling bearing. The thermal compensating element is enclosed between two axially displaceable U-shaped rings and may extend or contract axially therebetween.
Weiter ist hinsichtlich der Bauform mit den U-förmigen Ringen vorgesehen, dass sich diese jeweils an den zwischen den beiden Wälzkörperreihen angeordneten Zwischenringen axial abstützen und an wenigstens einem Zwischenringteil auch radial abstützen.Next, it is provided with respect to the design with the U-shaped rings that they are supported axially on each of the two Wälzkörperreihen arranged intermediate rings and radially supported at least one intermediate ring part.
Als besonders vorteilhaft wird eine Bauform beurteilt, bei der vorgesehen ist, dass die U-förmigen Ringe mit jeweils einem der beiden Zwischenringe fest verbunden sind. Die beiden Zwischenringe können auch axial gegeneinander gerichtete U-förmige Aufnahmeräume aufweisen, die zur Aufnahme des thermischen Ausgleichselements dienen. Dadurch lässt sich bei einer Montage des Mehrring-Wälzlagers das thermische Ausgleichselement leicht in einen der U-förmigen Ringe einsetzen und der andere U-förmigen Ring anschließend über den ersten U-förmigen Ring überstülpen, wodurch dann auch beide Lagerringhälften mit ihren Wälzkörpern, Käfigen und Laufringen fest miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist das Mehrring-Wälzlager fest, aber drehbar zusammengefügt und daher leicht zum Einbauort in einer Maschine zu verbringen und dort zu montieren.Particularly advantageous is a design assessed in which it is provided that the U-shaped rings are firmly connected to one of the two intermediate rings. The two intermediate rings may also have axially U-shaped receiving spaces, which serve to receive the thermal compensation element. As a result, when installing the multi-ring roller bearing, the thermal compensating element can easily be inserted into one of the U-shaped rings and the other U-shaped ring subsequently slipped over the first U-shaped ring, whereby both bearing ring halves with their rolling elements, cages and Running rings are firmly connected. In this way, the multi-ring roller bearing is firmly but rotatably joined together and therefore easy to spend on the installation site in a machine and to assemble there.
Eine besonders kostengünstige Ausführungsform des Mehrring-Wälzlagers lässt sich erreichen, wenn die Laufringe und Zwischenringe aus Blechpressteilen bestehen. Bei sehr großen Lagerungen können diese aber auch durch Fräsen hergestellt sein.A particularly cost-effective embodiment of the multi-ring rolling bearing can be achieved if the races and intermediate rings consist of pressed sheet metal parts. For very large bearings but these can also be made by milling.
Eine sehr konkrete Konstruktion eines Mehrring-Wälzlager gemäß der Erfindung sieht vor, dass der erste Laufring am radial inneren Rand einen axial abgebogenen Ansatz zur Zentrierung an einer Welle oder einem Gehäuseelement und zur radialen Führung eines Käfigs für den entsprechenden Wälzkörperring aufweist. Weiter ist hierbei vorgesehen, dass der mit diesem Wälzkörperring zusammenwirkende Zwischenring wenigstens am radial äußeren Rand einen axial abgebogenen Ansatz zur radialen Führung des Käfigs für den entsprechenden Wälzkörperring aufweist. Der mit dem zweiten Laufring zusammenwirkende Zwischenring hat dagegen, im Axialschnitt gesehen, axial Z-förmig abgebogene Ansätze an seinen radial inneren und äußeren Rändern, mit denen das thermische Ausgleichselement und der Käfig des entsprechenden Wälzkörperrings radial geführt werden. Schließlich weist der zweite Laufring am radial außeren Rand einen axial abgebogenen Ansatz zur radialen Führung des Käfigs des entsprechenden Wälzkörperrings und zur Zentrierung an einer Welle oder einem Gehäuseelement auf.A very concrete construction of a multi-ring rolling bearing according to the invention provides that the first race on the radially inner edge has an axially bent approach for centering on a shaft or a housing element and for radial guidance of a cage for the corresponding Wälzkörperring. Furthermore, it is provided that the cooperating with this Wälzkörperring intermediate ring has at least at the radially outer edge an axially bent approach to the radial guidance of the cage for the corresponding Wälzkörperring. The cooperating with the second race intermediate ring, however, has seen in axial section, axially Z-shaped bent lugs at its radially inner and outer edges, with which the thermal compensation element and the cage of the corresponding Wälzkörperrings be guided radially. Finally, the second race on the radially outer edge of an axially bent approach to the radial guidance of the cage of the corresponding Wälzkörperrings and for centering on a shaft or a housing member.
Neben den genannten Vorrichtungsmerkmalen umfasst die Erfindung auch die sehr vorteilhafte Verwendung eines Mehrring-Wälzlagers gemäß wenigstens einiger der genannten Merkmale zur Axiallagerung von mit hohen Relativdrehzahlen rotierenden Wellen in einem automatischen Stufengetriebe. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung dieses Mehrring-Wälzlagers zur Axiallagerung gegenüber einem Gehäuseelement und/oder zur gegenseitigen Axiallagerung mehrerer koaxialer Wellen in einem automatischen Stufen-Planetengetriebe.In addition to the aforementioned device features, the invention also includes the very advantageous use of a multi-ring rolling bearing according to at least some of the features mentioned for the axial bearing of rotating at high relative speeds waves in an automatic multi-step transmission. Particularly advantageous is the use of this multi-ring roller bearing for axial bearing relative to a housing element and / or for mutual axial bearing of a plurality of coaxial shafts in an automatic stepped planetary gear.
Die Verwendung des Mehrring-Wälzlagers zur Axiallagerung gegenüber einem Gehäuseelemente und/oder zur gegenseitigen Axiallagerung mehrerer koaxialer Wellen in einem automatischen Stufen-Planetengetriebe, in dem die Relativdrehzahlen zwischen den koaxialen Wellen und einem Gehäuseelement sehr hoch sein können, bietet besondere Vorteile. The use of the multi-ring roller bearing for axial bearing over a housing elements and / or the mutual axial bearing of several coaxial shafts in an automatic stepped planetary gear in which the relative speeds between the coaxial shafts and a housing member can be very high, offers particular advantages.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter beschrieben. Die einzige Abbildung zeigt ausschnittweise einen Axialschnitt durch eine Axiallagerung einer Welle in einem automatischen Stufengetriebe.The invention will be further described below with reference to an embodiment shown in the drawing. The single figure shows a section of an axial section through an axial bearing of a shaft in an automatic step transmission.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
Von einem mehrere koaxiale Wellen aufweisenden automatischen Stufen-Planetengetriebe ist nur eine Welle
Zur Axiallagerung sowie zur axialen Positionierung der Welle
Der erste Laufring
Der mit dem zweiten Laufring
Das thermische Ausgleichselement
Vorzugsweise besteht das thermische Ausgleichselement
Das beschriebene Mehrring-Wälzlager
Bei automatischen Stufen-Planetengetrieben können drei und mehr Wellen koaxial zueinander angeordnet sein, die sich gegeneinander und gegen Gehäuseelemente abstützen. Zwischen diesen Wellen und den Gehäuseelementen lassen sich die beschriebenen Axiallager anordnen, die aufgrund ihrer Mehrringanordnung nicht den hohen Relativdrehzahlen von mehr als 10.000 Umdrehungen pro Minute ausgesetzt sind, und die aufgrund der in den Mehrring-Wälzlagern angeordneten thermischen Ausgleichselemente eine gleichmäßige axiale Vorspannung zwischen den Wellen und den Gehäuseelementen aufrechterhalten.In automatic step planetary gears, three and more shafts may be arranged coaxially with each other, which are supported against each other and against housing elements. Between these shafts and the housing elements, the thrust bearings described can be arranged, which are not exposed to the high relative speeds of more than 10,000 revolutions per minute due to their multi-ring arrangement, and due to the arranged in the multi-ring bearings thermal compensation elements a uniform axial bias between the waves and maintain the housing elements.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Wellewave
- 22
- WellenfortsatzShaft extension
- 33
- Wellenflanschshaft flange
- 44
- Welle oder GehäuseelementShaft or housing element
- 55
- Zylindrischer AnsatzCylindrical approach
- 66
- Nadellager, RadiallagerNeedle roller bearings, radial bearings
- 77
- Erster LaufringFirst race
- 88th
- Axial abgebogener AnsatzAxially bent neck
- 99
- Wälzkörperring, nadelförmige WälzkörperWälzkörperring, needle-shaped rolling elements
- 1010
- KäfigCage
- 10'10 '
- KäfigCage
- 1111
- Zweiter LaufringSecond race
- 1212
- Axial abgebogener AnsatzAxially bent neck
- 1313
- Erster ZwischenringFirst intermediate ring
- 1414
- Axial abgebogener AnsatzAxially bent neck
- 1515
- Zweiter ZwischenringSecond intermediate ring
- 1616
- Axial abgebogener AnsatzAxially bent neck
- 1717
- Axial abgebogener AnsatzAxially bent neck
- 1818
- U-förmiger RingU-shaped ring
- 1919
- Thermisches AusgleichselementThermal compensation element
- 2020
- U-förmiger RingU-shaped ring
- 2121
- Bohrungdrilling
- 2222
- Mehrring-NadellagerMulti-ring needle roller bearings
- 2323
- Erster WälzkörperringFirst rolling element ring
- 2424
- Zweiter WälzkörperringSecond rolling element ring
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 69131756 T2 [0005] DE 69131756 T2 [0005]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Effective date: 20120525 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140217 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140217 |
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20150113 |
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