DE102011085204B4

DE102011085204B4 - Concept for the storage of gear shafts

Info

Publication number: DE102011085204B4
Application number: DE102011085204.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Groschek
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: DE102011085204A1

Abstract

Stirnradgetriebe (30) mit einer Antriebswelle (11; 21), die ein Antriebszahnrad (22) mit schräg zu der Antriebswelle (11; 21) verlaufenden Zähnen (23) aufweist, um die Antriebswelle (11; 21) mit einer Abtriebswelle (25) des Stirnradgetriebes (30) zu koppeln, wobei die Antriebswelle (11; 21) für deren Lagerung auf einer ersten Seite des Antriebszahnrads (22) ein erstes Zylinderrollenlager (24) und auf einer zweiten Seite des Antriebszahnrads (22) ein kombiniertes Radial-Axial-Lager (10) aufweist, wobei das kombinierte Radial-Axial-Lager (10) eine sich axial erstreckende Anordnung aus einem Vierpunktlager (13) und einem mit dem Vierpunktlager axial fest gekoppelten Zylinderrollenlager (14) umfasst, wobei ein Druckwinkel (µ) des Vierpunktlagers (13) in einem Bereich von 40° bis 50° liegt und wobei das Zylinderrollenlager (14) eine gegenüber dem Vierpunktlager (13) verringerte radiale Lagerluft aufweist, wobei die Abtriebswelle (25) ein Abtriebszahnrad (26) mit schräg zu der Abtriebswelle (25) verlaufenden Zähnen (27) aufweist, um die Abtriebswelle (25) mit der Antriebswelle (21) des Stirnradgetriebes (30) zu koppeln, wobei die Abtriebswelle (25) für deren Lagerung auf einer ersten Seite des Abtriebszahnrads (26) ein erstes Kegelrollenlager (28) und auf einer zweiten Seite des Abtriebszahnrads ein zweites Kegelrollenlager (29) aufweist.A spur gear (30) having a drive shaft (11; 21) which has a drive gear (22) with teeth (23) running obliquely to the drive shaft (11; 21) to drive the drive shaft (11; 21) with an output shaft (25). the drive shaft (11; 21) for a bearing on a first side of the drive gear (22) a first cylindrical roller bearing (24) and on a second side of the drive gear (22) a combined radial-axial Bearing (10), wherein the combined radial-axial bearing (10) comprises an axially extending arrangement of a four-point bearing (13) and an axially fixedly coupled to the four-point bearing cylindrical roller bearing (14), wherein a pressure angle (μ) of the four-point bearing (13) is in a range of 40 ° to 50 ° and wherein the cylindrical roller bearing (14) has a relation to the four-point bearing (13) reduced radial bearing clearance, wherein the output shaft (25) an output gear (26) obliquely to the Abtrie shaft (25) extending teeth (27) to couple the output shaft (25) with the drive shaft (21) of the spur gear (30), wherein the output shaft (25) for mounting on a first side of the driven gear (26) a first tapered roller bearing (28) and on a second side of the output gear, a second tapered roller bearing (29).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konzept zur Lagerung von sowohl axial als auch radial belasteten Getriebewellen, insbesondere von Antriebs- und Abtriebswellen eines Stirnradgetriebes, wie es beispielsweise bei Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeugen eingesetzt werden kann.The present invention relates to a concept for the storage of both axially and radially loaded transmission shafts, in particular of the input and output shafts of a spur gear, as can be used for example in high-speed rail vehicles.

Schienenfahrzeuge, wie z. B. Fernverkehrszüge, sind oftmals mit einem verteilten Antrieb, bei dem ein bestimmter Anteil von Zugachsen angetrieben wird, versehen. Dazu befinden sich in einer Nähe der Antriebsachsen angebrachte Getriebe, wobei es sich bei Schienenfahrzeugen im Allgemeinen um einstufige Getriebe handelt. Ein einstufiges Getriebe ist ein Getriebe mit nur einer festen Übersetzung – also ohne Wechselübersetzung –, in der man also ohne zu schalten eine Höchstgeschwindigkeit erreicht, die bei derzeitigen Hochgeschwindigkeitszügen beispielsweise um die 400 km/h betragen kann.Rail vehicles, such. B. long-distance trains, are often provided with a distributed drive in which a certain proportion of traction axles is driven. For this purpose, located in a vicinity of the drive axles mounted gear, which is generally one-stage gear in rail vehicles. A single-stage transmission is a transmission with only a fixed ratio - ie without inter-gear ratio - in which one reaches a top speed without switching, which can be at 400 km / h in current high-speed trains, for example.

Ein mechanisches einstufiges Getriebe, insbesondere ein einstufiges Stirnradgetriebe, kann eine Antriebswelle und eine mit dieser gekoppelten und dazu parallel verlaufenden Abtriebswelle aufweisen. Ein bekanntes Stirnradgetriebe ist beispielsweise in der US 2007/0211976 A1 gezeigt. Zur Kopplung der parallel verlaufenden An- und Abtriebswellen sitzen auf beiden jeweils in einer achsnormalen Ebene Zahnräder, deren Zähne ineinandergreifen können. Häufig werden in solchen Stirnradgetrieben schräg verzahnte Zahnräder eingesetzt. Die Zähne verlaufen dann nicht parallel zur Getriebeachse, sondern in einem gewissen Winkel schräg dazu. Kommt ein Zahnpaar (von Antriebs- und Abtriebszahnrad) in Berührung, trägt es nicht direkt auf seiner ganzen Breite, wie dies bei gerade verzahnten Stirnrädern ohne Profilkorrektur der Fall ist. Stattdessen steigt eine belastete Zahnbreite beim Weiterdrehen der Räder langsam an, bis das Zahnpaar auf ganzer Breite trägt, und fällt beim Herausdrehen aus einer Kontaktzone nur langsam wieder ab. Meist befinden sich bei schrägverzahnten Zahnradpaaren immer zwei oder mehr Zähne gleichzeitig in Kontakt, bei geradverzahnten Zahnradpaaren im Normalfall nur ein bis zwei Zähne. Bei Schrägverzahnungen treten also weniger harte Stöße beim Zahneingriff auf. Dies führt zu geringeren Schwingungsanregungen und leiserem Lauf. Nachteil der Schrägverzahnung ist allerdings eine etwas höhere Reibung, wodurch größere Verluste entstehen. Außerdem entstehen Axialkräfte, die die Zahnräder seitlich, d. h. axial, auseinander schieben und deshalb eine aufwändigere Lagerung erforderlich machen.A mechanical single-stage gearbox, in particular a single-stage helical gearbox, can have a drive shaft and an output shaft coupled thereto and parallel thereto. A well-known spur gear is for example in the US 2007/0211976 A1 shown. For coupling the parallel input and output shafts sit on both in each case in an axis normal plane gears whose teeth can mesh. Frequently, helical gears are used in such spur gears. The teeth are then not parallel to the transmission axis, but at an angle at an angle to it. If a toothed pair (of the input and output gears) comes into contact, it does not bear directly over its entire width, as is the case with straight-toothed spur gears without profile correction. Instead, a loaded tooth width increases slowly as the wheels continue to turn, until the pair of teeth on full width, and falls when unscrewing from a contact zone only slowly. In most cases, two or more teeth are always in contact with helical gear pairs, and only one or two teeth in the case of spur gear pairs. In helical gears so less hard shocks occur during tooth engagement. This leads to lower vibration excitations and quieter running. Disadvantage of helical gearing is, however, a slightly higher friction, resulting in greater losses. In addition, axial forces arise, the gears laterally, ie axially, push apart and therefore require a more complex storage required.

Aus dem Stand der Technik sind Lagerungen für An- und Abtriebswelle derartiger Stirnradgetriebe bekannt. Dabei weist die Antriebswelle für deren Lagerung auf einer ersten Seite des Antriebszahnrads ein erstes Zylinderrollenlager und auf einer zweiten Seite des Antriebszahnrads ein kombiniertes Radial-Axial-Lager auf. Das kombinierte Radial-Axial-Lager umfasst dabei eine sich in axialer Richtung erstreckende Anordnung aus einem Vierpunktlager und einem mit dem Vierpunktlager axial verklemmten zweiten Zylinderrollenlager. Die beiden Zylinderrollenlager der Lageranordnung sollen dabei jeweils als Radiallager fungieren. Das Vierpunktlager der Antriebswellenlagerung soll hingegen hauptsächlich als Axiallager (d. h. zur Aufnahme axialer Kräfte) wirken, weshalb es radial nicht oder nur wenig belastet werden sollte. Aus diesem Grund weist dessen Lageraußenring im Allgemeinen auch keinen Kontakt zu einem Lagergehäuse auf, d. h., er ist radial freigelegt. Der radial freigelegte Vierpunktlageraußenring kann aber axial festgeklemmt werden, um Verschleiß am Gehäusedeckel zu verhindern. Dabei ist der radial-freigelegte Außenring des Vierpunktlagers axial derart fest geklemmt, dass er sich bei einem Lastwechsel aufgrund einer Klemmreibung radial kaum zentrieren bzw. verschieben kann. Herkömmlich für solche Radial-Axial-Lager eingesetzte Vierpunktlager weisen dabei regelmäßig einen Druckwinkel von ca. 35° auf, wobei unter Druckwinkel der Nennwinkel zwischen einer Radialebene (senkrecht zur Lagerachse) und einer Drucklinie zu verstehen sein soll.From the prior art bearings for input and output shaft such spur gear are known. In this case, the drive shaft for storing them on a first side of the drive gear on a first cylindrical roller bearing and on a second side of the drive gear on a combined radial-axial bearing. The combined radial-axial bearing comprises an arrangement extending in the axial direction from a four-point bearing and a second cylindrical roller bearing axially clamped with the four-point bearing. The two cylindrical roller bearings of the bearing assembly should each act as a radial bearing. By contrast, the four-point bearing of the drive shaft bearing should act primarily as a thrust bearing (that is to say for absorbing axial forces), which is why it should not be loaded radially or only slightly. For this reason, its bearing outer ring also generally has no contact with a bearing housing, i. h., it is exposed radially. However, the radially exposed four-point bearing outer ring can be clamped axially in order to prevent wear on the housing cover. In this case, the radially-exposed outer ring of the four-point bearing is axially clamped so tightly that it can hardly radially center or move during a load change due to a clamping friction. Conventionally used for such radial-axial bearings four-point bearing regularly have a pressure angle of about 35 °, which should be understood by pressure angle of the nominal angle between a radial plane (perpendicular to the bearing axis) and a pressure line.

Derartige bekannte Getriebelagerungen haben sich für bisher realisierte Hochgeschwindigkeitszüge durchaus bewährt. Bisher realisierte Hochgeschwindigkeitszüge werden aber meist nur auf Fahrstrecken mit relativ kurzen Hochgeschwindigkeitsteilstrecken eingesetzt, so dass bisherige Wellenlagerungen für Hochgeschwindigkeitszüge nicht für übermäßig lange Hochgeschwindigkeitsfahrten ausgelegt sein müssen. Eine herkömmliche S0 Wärmestabilisierung (bis 150° C) der verwendeten Lager entspricht daher durchaus den aus den kurzen Hochgeschwindigkeitsteilstrecken resultierenden Komponententemperaturen. Such known transmission bearings have been proven for previously realized high-speed trains thoroughly. Up to now, high-speed trains have mostly been used only on routes with relatively short high-speed sections, so that previous shaft bearings for high-speed trains do not have to be designed for excessively high-speed journeys. A conventional S0 heat stabilization (up to 150 ° C) of the bearings used therefore quite corresponds to the component temperatures resulting from the short high-speed partial sections.

Sollen Hochgeschwindigkeitszüge allerdings auf Fahrstrecken eingesetzt werden, die beispielsweise Hochgeschwindigkeitsteilstrecken (z. B. zwischen zwei Bahnhöfen) von mehreren hundert oder tausend Kilometern aufweisen, führt dies zu erheblich höheren Dauerbetriebszuständen und -temperaturen bekannter Lagerungen. Bei Verwendung eines herkömmlichen Vierpunktlagers mit einem Druckwinkel von ca. 35° übernimmt dieses in einer Drehrichtung aufgrund des axial verklemmten Lageraußenrings nicht nur eine Axiallast, sondern aufgrund der bei hohen Geschwindigkeiten wirkenden geringen Drehmomente auch eine gesamte auf das Radial-Axial-Lager wirkende Radiallast. Das neben dem Vierpunktlager platzierte Zylinderrollenlager der antriebseitigen Radial-Axial-Lagerung ist dann oft unbelastet, wodurch Gleitbewegungen der Wälzkörper mit der Gefahr von zu hohen Temperaturen, Anschmierungen und somit einer vorzeitigen Zerstörung der Lagerung auftreten können. Demgegenüber sollte aber zur Sicherstellung eines störungsfreien Betriebs auf einreihige Zylinderrollenlager, ebenso wie auf die übrigen Wälzlager, stets eine Mindestbelastung wirken. Dies gilt im Besonderen für schnell laufende Lager und Lager, die starken Beschleunigungen und schnellen Lastwechseln ausgesetzt sind Höhere Betriebstemperaturen führen auch bei einer S0 Wärmestabilisierung der Lager über die Zeit zu einer Gefügeumwandlung des Restaustenits mit damit verbundenem Ringwachstum. Restaustenit ist eine bei einer konventionellen Stahlvergütung meist unerwünschte Phase im Stahl oder Gusseisen. Sie ist relativ instabil und wandelt sich durch Temperaturerhöhung in Ferrit und Zementit um. Bei einer damit verbundenen Dimensionsveränderung kann ein Drehen der Innenringe vor Eintritt eines Inspektions- bzw. Hauptuntersuchungsintervalls insbesondere bei Anfahrdrehmomenten nicht ausgeschlossen werden. However, if high-speed trains are to be used on routes which, for example, have high-speed partial sections (for example between two stations) of several hundred or thousand kilometers, this leads to considerably higher continuous operating states and temperatures of known bearings. When using a conventional four-point bearing with a pressure angle of about 35 ° assumes this in one direction due to the axially jammed bearing outer ring not only an axial load, but due to acting at high speeds low torques and a total acting on the radial-axial bearing radial load. The placed next to the four-point bearing cylindrical roller bearing of the drive-side radial-axial bearing is then often unloaded, causing sliding movements of the rolling elements with the risk of high temperatures, smearing and thus premature destruction of storage can occur. In contrast, however, to ensure a trouble-free operation on single-row cylindrical roller bearings, as well as on the other rolling bearings, always act a minimum load. This applies in particular to high-speed bearings and bearings which are exposed to strong accelerations and fast load changes. Higher operating temperatures lead to a structural transformation of the retained austenite with associated ring growth over time, even with S0 heat stabilization of the bearings. Residual austenite is a usually unwanted phase in steel or cast iron in conventional steel tempering. It is relatively unstable and converts by temperature increase in ferrite and cementite. In the case of a dimensional change associated therewith, rotation of the inner rings prior to the occurrence of an inspection or main inspection interval, in particular during starting torques, can not be ruled out.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, herkömmliche Lagerungskonzepte für insbesondere in Hochgeschwindigkeitszügen eingesetzte einstufige Getriebe zu verbessern.It is therefore an object of the present invention to improve conventional storage concepts for particular used in high-speed trains single-stage transmission.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass hinsichtlich einer vollen Abrollbewegung von Wälzkörpern in eingesetzten Wälzlagern ist eine bestimmte minimale Radialkraft erforderlich ist. D. h., eine dieser minimalen Radialkraft entsprechende radiale Mindestlast sollte stets sichergestellt sein. Die obige Aufgabe kann also gelöst werden, indem eine Radialbelastung des neben dem Vierpunktlager platzierten Zylinderrollenlagers einer antriebseitigen Radial-Axial-Lagerung auch bei geringen Drehmomenten, die bei Hochgeschwindigkeitsfahrten wirken, erhöht wird. The present invention is based on the recognition that with respect to a full rolling movement of rolling elements in rolling bearings used a certain minimum radial force is required. That is, a radial minimum load corresponding to this minimum radial force should always be ensured. The above object can thus be achieved by a radial load of placed next to the four-point bearing cylindrical roller bearing a drive-side radial-axial bearing even at low torques, which act at high speed rides, is increased.

Dazu sehen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik modifiziertes Stirnradgetriebe vor. Das modifizierte Stirnradgetriebe umfasst dabei eine Antriebswelle, die ein Antriebszahnrad mit schräg zu der Antriebswelle verlaufenden Zähnen aufweist, um die Antriebswelle mit einer Abtriebswelle des Stirnradgetriebes zu koppeln. Die Antriebswelle weist für deren Lagerung auf einer ersten Seite des Antriebszahnrads ein erstes Zylinderrollenlager und auf einer zweiten Seite des Antriebszahnrads ein kombiniertes Radial-Axial-Lager auf. Das kombinierte Radial-Axial-Lager umfasst eine sich axial erstreckende Anordnung aus einem Vierpunktlager und einem mit dem Vierpunktlager axial fest gekoppelten Zylinderrollenlager. Ein Druckwinkel des Vierpunktlagers liegt in einem Bereich von 40° bis 50° und das Zylinderrollenlager hat eine gegenüber dem Vierpunktlager verringerte radiale Lagerluft. Die Abtriebswelle weist ein Abtriebszahnrad mit schräg zu der Abtriebswelle verlaufenden Zähnen auf, um die Abtriebswelle mit der Antriebswelle des Stirnradgetriebes zu koppeln. Die Abtriebswelle weist für deren Lagerung auf einer ersten Seite des Abtriebszahnrads ein erstes Kegelrollenlager und auf einer zweiten Seite des Abtriebszahnrads ein zweites Kegelrollenlager auf.For this purpose, embodiments of the present invention provide a spur gearbox modified from the prior art. The modified spur gear in this case comprises a drive shaft which has a drive gear with teeth extending obliquely to the drive shaft in order to couple the drive shaft with an output shaft of the spur gear. The drive shaft has for its storage on a first side of the drive gear on a first cylindrical roller bearing and on a second side of the drive gear on a combined radial-axial bearing. The combined radial-axial bearing comprises an axially extending arrangement of a four-point bearing and a cylindrical roller bearing axially fixedly coupled to the four-point bearing. A pressure angle of the four-point bearing is in a range of 40 ° to 50 ° and the cylindrical roller bearing has a relation to the four-point bearing reduced radial clearance. The output shaft has an output gear with teeth extending obliquely to the output shaft to couple the output shaft to the drive shaft of the spur gear. The output shaft has for its storage on a first side of the driven gear, a first tapered roller bearing and on a second side of the driven gear, a second tapered roller bearing.

Vorzugsweise liegt der erhöhte Druckwinkel des Vierpunktlagers in einem Bereich von 45° ± 3° und noch bevorzugter in einem Bereich von 45° ± 1°, je nach erreichbaren Fertigungsgenauigkeiten.Preferably, the increased pressure angle of the four-point bearing is in a range of 45 ° ± 3 ° and more preferably in a range of 45 ° ± 1 °, depending on achievable manufacturing accuracies.

Für die axiale feste Kopplung des Vierpunktlagers mit dem Zylinderrollenlager können zwischen benachbarten Lagerringen der axial benachbarten Lager Abstandselemente vorgesehen, um das Vierpunktlager und das Zylinderrollenlager in einem festen, vorbestimmten axialen Abstand zueinander zu halten bzw. zu fixieren. Dabei kann ein Lageraußenring des Vierpunktlagers mittels eines entsprechenden axialen Abstandselements mit einem Lageraußenring des Zylinderrollenlagers derart axial gekoppelt bzw. geklemmt sein, dass der Lageraußenring des Vierpunktlagers trotz einer durch die axiale Kopplung hervorgerufenen Reibung auch bei geringeren Hochgeschwindigkeitsdrehmomenten radial beweglich bleibt.For the axial fixed coupling of the four-point bearing with the cylindrical roller bearing spacers between adjacent bearing rings of the axially adjacent bearing provided to hold the four-point bearing and the cylindrical roller bearing in a fixed, predetermined axial distance from each other or to fix. In this case, a bearing outer ring of the four-point bearing by means of a corresponding axial spacer with a bearing outer ring of the cylindrical roller bearing can be axially coupled or clamped so that the bearing outer ring of the four-point bearing remains radially movable even at lower high-speed torques despite a caused by the axial coupling friction.

Lagerlüfte der benachbarten Lager der Radial-Axial-Lagerung sind, je nach Einsatzgebiet und entsprechender Anforderungen, aufeinander abgestimmt, damit die benachbarten Lager gemäß einem Ausführungsbeispiel auch in etwa gleichzeitig (Radial-)Kräfte aufnehmen können. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Lagerlüfte derart aufeinander abgestimmt, dass das Zylinderrollenlager Radialkräfte zuerst aufnimmt. D. h., bei Ausführungsbeispielen hängt eine Lagerluft des modifizierten Vierpunktlagers von einer Lagerluft des Zylinderrollenlagers ab, und umgekehrt.Bearing ventilations of the adjacent bearings of the radial-axial bearing, depending on the application and appropriate requirements, matched to each other, so that the adjacent bearing according to an embodiment in about the same time (radial) can absorb forces. According to another embodiment, the bearing ventilations are coordinated so that the cylindrical roller bearing receives radial forces first. D. h., In embodiments, a bearing clearance of the modified four-point bearing depends on a bearing clearance of the cylindrical roller bearing, and vice versa.

Bei manchen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Vierpunktlager und/oder das Zylinderrollenlager jeweils einen einteiligen, schultergeführten und massiven Lagerkäfig aus Messing aufweisen. Massivkäfige aus Messing erlauben höhere Drehzahlen und sind vorteilhaft, wenn zusätzlich zu reinen Umlaufbewegungen z.B. noch hohe Beschleunigungen auftreten.In some embodiments of the present invention, the four-point bearing and / or the cylindrical roller bearing may each comprise a one-piece, shoulder-guided and solid brass bearing cage. Brass solid cages allow higher speeds and are advantageous when, in addition to pure orbital movements, e.g. still high accelerations occur.

Des Weiteren kann das Vierpunktlager und/oder das Zylinderrollenlager jeweils S1 (d. h. bis 200°C) wärmestabilisiert ausgebildet sein und Teile des Vierpunktlagers und/oder Teile des Zylinderrollenlagers können auch jeweils nitrocarburiert ausgebildet sein, um höheren Temperaturen besser standzuhalten.Further, the four-point bearing and / or the cylindrical roller bearing may each be heat-stabilized S1 (i.e., up to 200 ° C), and parts of the four-point bearing and / or parts of the cylindrical roller bearing may each be nitrocarburized to better withstand higher temperatures.

Die Kegelrollenlager können derart ausgebildet sein, dass eine Rauheit einer Kegenrollenstirnfläche kleiner als 0.18 µm und bevorzugt kleiner als 0.16 µm ist, und eine der Kegenrollenstirnfläche zugewandte Seitenfläche eines Kegenrollenlagerinnenrings eine Rauheit kleiner als 0.25µm und bevorzugt kleiner als 0.20 µm aufweist.The tapered roller bearings may be formed such that a roughness of a Keegenrollenstirnfläche smaller than 0.18 microns, and preferably less than 0.16 microns, and one of the Kegenrollenstirnfläche facing side surface of a Kegenrollenlagerinnenrings has a roughness less than 0.25μm and preferably less than 0.20 microns.

Ein Schrägungswinkel der relativ zu einer Rotationsachse der An- bzw. Abtriebswelle schräg verlaufenden Zähne der jeweiligen Zahnräder ist gemäß Ausführungsbeispielen betragsmäßig größer als 15°, beispielsweise 18°.A helix angle of the relative to a rotational axis of the input or output shaft obliquely extending teeth of the respective gears is according to embodiments in terms of magnitude greater than 15 °, for example, 18 °.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erlauben antriebsseitig auch bei kleineren Drehmomenten, wie sie beispielsweise bei Hochgeschwindigkeitsfahrten vorliegen, eine geringere Radialkraftaufnahme des modifizierten Vierpunktlagers und damit gleichzeitig eine entsprechend erhöhte Radialkraftaufnahme des axial benachbarten Zylinderrollenlagers. Dadurch kann die der minimal erforderlichen Radialkraft entsprechende radiale Mindestlast des Zylinderrollenlagers stets sichergestellt werden – auch bei kleineren Antriebsdrehmomenten als sie bei Beschleunigung und Abbremsen eines Zugs vorliegen. Durch die Verwendung des Vierpunktlagers mit einem Druckwinkel von ca. 45° übernimmt dieses in Drehrichtung trotz seines axial verklemmten Lageraußenrings nicht mehr die gesamte Radiallast. Das daneben platzierte Zylinderrollenlager ist radial ebenfalls belastet, wodurch eine Gefahr von Gleitbewegungen mit der Gefahr von Anschmierungen und somit einer vorzeitigen Zerstörung der Lagerung verringert wird. Eine Mindestbelastung auf einreihige Zylinderrollenlager zur Sicherstellung eines störungsfreien Betriebs kann durch Ausführungsbeispiele sichergestellt werden. Dies gilt im Besonderen für schnell laufende Lager und Lager, die starken Beschleunigungen und schnellen Lastwechseln ausgesetzt sind.Embodiments of the present invention allow the drive side, even at lower torques, as present for example in high-speed driving, a lower radial force of the modified four-point bearing and thus at the same time a correspondingly increased radial force absorption of the axially adjacent cylindrical roller bearing. As a result, the minimum required radial force corresponding radial minimum load of the cylindrical roller bearing can always be ensured - even with smaller drive torques than when acceleration and deceleration of a train are present. By using the four-point bearing with a pressure angle of about 45 ° this assumes in the direction of rotation, despite its axially jammed bearing outer ring no longer the entire radial load. The cylindrical roller bearing placed next to it is also loaded radially, which reduces the risk of sliding movements with the risk of smearing and thus premature destruction of the bearing. A minimum load on single-row cylindrical roller bearings to ensure trouble-free operation can be ensured by embodiments. This is especially true for high speed bearings and bearings that are subject to strong accelerations and fast load changes.

Die abstriebsseitig bereitgestellten Kegelrollenlager der Abtriebswellenlagerung wirken vorteilhaft mit dem relativ großen Schrägungswinkel der Zahnradzähne zusammen. Die Kegelrollenlager können in vorteilhafterweise durch eine große Schrägung hervorgerufene Axialkräfte besser als beispielsweise alternative Zylinderrollenlager aufnehmen.The provided on the drive side tapered roller bearings of the output shaft bearing advantageously cooperate with the relatively large helix angle of the gear teeth. The tapered roller bearings can absorb better than for example alternative cylindrical roller bearings in an advantageous axial forces caused by a large skew.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the present invention will be explained below with reference to the accompanying figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines kombinierten Radial-Axial-Lagers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a combined radial-axial bearing according to an embodiment of the present invention;

2a eine schematische Darstellung einer Antriebswelle mit einem kombinierten Radial-Axial-Lager gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 2a a schematic representation of a drive shaft with a combined radial-axial bearing according to an embodiment of the present invention; and

2b eine schematische Darstellung von gekoppelten An- und Abtriebswellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 2 B a schematic representation of coupled input and output shafts according to an embodiment of the present invention; and

3 eine schematische Darstellung eines Stirnradgetriebes mit einer Antriebswelle mit einem kombinierten Radial-Axial-Lager und einer mittels Kegelrollenlagern gelagerten Abtriebswelle, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 a schematic representation of a spur gear with a drive shaft with a combined radial-axial bearing and mounted by means of tapered roller bearings output shaft, according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt auf seiner rechten Seite eine schematische Darstellung eines kombinierten Radial-Axial-Lagers 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Lagerung einer Welle 11, bei der es sich beispielsweise um eine Getriebeantriebswelle handeln kann. 1 shows on its right side a schematic representation of a combined radial-axial bearing 10 according to an embodiment for supporting a shaft 11 , which may be, for example, a transmission input shaft.

Das kombinierte Radial-Axial-Lager 10 umfasst eine sich axial, d. h. in Richtung einer Rotationsachse 12 der Welle 11 bzw. einer Rotationsachse des Radial-Axial-Lagers 10, erstreckende Anordnung aus einem Vierpunktlager 13 und einem mit dem Vierpunktlager axial gekoppelten bzw. verklemmten Zylinderrollenlager 14, wobei ein Druckwinkel µ des Vierpunktlagers 13 in einem Bereich von 40° bis 50° liegt. Unter dem Druckwinkel µ des Vierpunktlagers 13 ist dabei ein Nennwinkel zwischen einer Radialebene 15 (senkrecht zur Lagerachse 12) und einer Drucklinie 16 zu verstehen. Die Drucklinie 16 entsteht aus der theoretischen Betrachtung, dass einzelne Wälzkörper (Kugeln) ihre Laufbahnen an einem Innen- 17 und Außenring 18 in je genau einem Punkt berühren. Verbindet man diese Berührungspunkte, so erhält man die Drucklinie 16, die genau durch den Mittelpunkt des Wälzkörpers (Kugel) geht.The combined radial-axial bearing 10 includes an axially, ie in the direction of a rotation axis 12 the wave 11 or a rotation axis of the radial-axial bearing 10 , extending arrangement of a four-point bearing 13 and a cylindrical roller bearing axially coupled or clamped to the four-point bearing 14 , wherein a pressure angle μ of the four-point bearing 13 in a range of 40 ° to 50 °. Under the pressure angle μ of the four-point bearing 13 is a nominal angle between a radial plane 15 (perpendicular to the bearing axis 12 ) and a printing line 16 to understand. The printing line 16 arises from the theoretical consideration that individual rolling elements (balls) guide their tracks on an inner 17 and outer ring 18 in each touch exactly one point. If you connect these points of contact, you get the pressure line 16 , which passes through the center of the rolling element (ball).

Bei einer bestimmten Drehzahl der Welle 11 ist eine bestimmte Minimum-Radialkraft hinsichtlich einer vollen bzw. ungestörten Abrollbewegung der Wälzkörper der Lager 13, 14 erforderlich, insbesondere hinsichtlich des Wälzlagers 14. Eine Mindestlast sollte also stets sichergestellt sein. Eine ungenügende Belastung der Lager 13, 14 beeinflusst das Abrollverhalten der Wälzkörper (den Schlupf der Lager). Ein rascher Temperaturanstieg in einer Drehrichtung kann auf eine nicht ausreichende (radiale) Last zurückzuführen sein. Denn dies führt zu einem sehr hohen Schlupf (bzw. im ungünstigen Fall kann bis zum Stillstand eines Rollensatzes), wobei Anschmierungsgefahr (Beschädigung einer Lauffläche) besteht und durch Gleitreibung zwischen Innenring und Rollensatz der Wärmeübergang zum Außenring/Gehäuse ungünstiger ausfallen kann. Dies gilt im Besonderen für schnell laufende Lager.At a certain speed of the shaft 11 is a certain minimum radial force with respect to a full or undisturbed rolling movement of the rolling elements of the bearings 13 . 14 required, in particular with regard to the rolling bearing 14 , A minimum load should therefore always be ensured. An insufficient load on the bearings 13 . 14 influences the rolling behavior of the rolling elements (the slippage of the bearings). A rapid rise in temperature in one direction of rotation may be due to an insufficient (radial) load. Because this leads to a very high slip (or in unfavorable case can until the standstill of a set of rollers), where danger of greasing (damage a running surface) and can be unfavorable by sliding friction between the inner ring and roller set, the heat transfer to the outer ring / housing. This is especially true for fast running bearings.

Der speziell erhöhte Druckwinkel µ des Vierpunktlagers 13, welches auch mit FPCBB (Four-Point Contact Ball Bearing) bezeichnet werden kann, ist daher ein elementarer Aspekt des erfindungsgemäßen Konzepts zur Lagerung von Getriebewellen, insbesondere für Antriebsstränge eines Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeugs. Wie es in dem vergrößert dargestellten Ausschnitt auf der linken Seite der 1 angedeutet ist, liegt ein Druckwinkel eines herkömmlichen Vierpunktlagers normalerweise bei ca. 35°. Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein neuartiges Vierpunktlager 13 vorgeschlagen, dessen erhöhter Druckwinkel µ in einem Bereich von 45° ± 5°, bevorzugt in einem Bereich von 45° ± 3° und noch bevorzugter in einem Bereich von 45° ± 1° liegt. Wie es in 1 angedeutet ist, kann dadurch bei gleicher radialer Last F_R eine axiale Kraftkomponente um einen Betrag von F_A1 auf F_A2 erhöht werden. D. h. eine Kraftaufnahme in axialer Richtung wird erhöht, während gleichzeitig die Kraftaufnahme in radialer Richtung verringert wird.The specially increased pressure angle μ of the four-point bearing 13 , which can also be called FPCBB (Four-Point Contact Ball Bearing), is therefore an elementary aspect of the inventive concept for the storage of gear shafts, in particular for drive trains of a high-speed rail vehicle. As shown in the enlarged detail on the left side of the 1 is indicated, a pressure angle of a conventional four-point bearing is normally at about 35 °. However, according to embodiments of the present invention, a novel four-point bearing becomes available 13 proposed, the increased pressure angle μ in a range of 45 ° ± 5 °, preferably in a range of 45 ° ± 3 ° and more preferably in a range of 45 ° ± 1 °. As it is in 1 is indicated, it can be increased at the same radial load F _R axial force component by an amount of F _A1 to F _A2 . Ie. a force absorption in the axial direction is increased, while the power consumption in the radial direction is reduced.

Zusätzlich zu einem Innenringverband bzw. einem geteilten Lagerinnenring 17 des Vierpunktlagers 13 ist ein Lageraußenring 18 des Vierpunktlagers 13 axial mit dem Lageraußenring 19 des Zylinderrollenlagers 14, welches auch als CRB (Cylindrical Roller Bearing) bezeichnet werden kann, gekoppelt. Bis zu einem Grenzdrehmoment, das beim Anfahren und Abbremsen betragsmäßig jedoch jeweils überschritten wird, kann durch diese axiale Kopplung bzw. Klemmung der Lagerringe 18, 19 bzw. durch die dadurch hervorgerufene Reibung an den Stirnflächen der Lageraußenringe 18, 19, ein radiales Ausschlagen des axial fixierten Vierpunktlageraußenrings 18 verhindert werden. In addition to an inner ring dressing or a split bearing inner ring 17 of the four-point camp 13 is a bearing outer ring 18 of the four-point camp 13 axially with the bearing outer ring 19 of the cylindrical roller bearing 14 , which can also be referred to as CRB (Cylindrical Roller Bearing) coupled. Up to a limit torque, which is exceeded in terms of absolute value during start-up and braking, however, by this axial coupling or clamping of the bearing rings 18 . 19 or by the friction caused thereby at the end faces of the bearing outer rings 18 . 19 , a radial deflection of the axially fixed four-point bearing outer ring 18 be prevented.

Dabei wird davon ausgegangen, dass der radial-freigelegte Außenring 18 des Vierpunktlagers 13 axial derart fest geklemmt ist, dass er sich zumindest bei Lastwechseln und Momenten unterhalb des Grenzdrehmoments aufgrund von axialen Reibungs- bzw. Anpresskräften durch die Verklemmung auch radial nicht zentrieren (verschieben) kann. It is assumed that the radially-exposed outer ring 18 of the four-point camp 13 axially clamped so tightly that he at least during load changes and moments below the limit torque due to axial friction or contact forces by the jamming also radially not centered (move) can.

Der Lageraußenring 18 des Vierpunktlagers 13 kann also beispielsweise mittels eines axialen Abstandselements 20 mit dem Lageraußenring 19 des Zylinderrollenlagers 14 derart axial (fest) gekoppelt sein, dass der Lageraußenring 18 des Vierpunktlagers 13 trotz der axialen Kopplung bzw. der daraus resultierenden Reibung radial beweglich bleibt – zumindest wenn eine dazu mindestens erforderliche Radialkraft (entsprechend dem Grenzdrehmoment) überschritten wird. Dabei ist für die axiale Klemmung das axiale Abstandselement 20 jedoch nicht zwingend notwendig. Die axiale Klemmung bzw. Fixierung der Lager 13, 14 kann auch durch ein axial unmittelbares Nebeneinanderliegen der Lager 13, 14 erreicht werden, sodass deren Stirnflächen unmittelbar einen Kontaktbereich bilden.The bearing outer ring 18 of the four-point camp 13 Thus, for example, by means of an axial spacer 20 with the bearing outer ring 19 of the cylindrical roller bearing 14 be axially (fixed) coupled so that the bearing outer ring 18 of the four-point camp 13 despite the axial coupling or the resulting friction remains radially movable - at least when a minimum required radial force (corresponding to the limit torque) is exceeded. In this case, the axial spacing element is for the axial clamping 20 but not mandatory. The axial clamping or fixing of the bearings 13 . 14 can also by an axially immediate juxtaposition of bearings 13 . 14 be achieved so that their end faces directly form a contact area.

Die mindestens erforderliche Radialkraft bzw. das Grenzdrehmoment ist dank des modifizierten Vierpunktlagers 13 geringer als mit den oben beschriebenen herkömmlichen Vierpunktlagern. Bei der Verwendung eines herkömmlichen Vierpunktlagers würde bei einer konstanten Höchstgeschwindigkeit eines Zugs und einem daraus resultierenden geringen Drehmoment das Vierpunktlager nicht nur eine auf die Lagerung 10 wirkende Axiallast, sondern auch eine gesamte Radiallast übernehmen. Das neben dem (herkömmlichen) Vierpunktlager platzierte Zylinderrollenlager 14 wäre dann radial unbelastet, wodurch hohe Gleitbewegungen mit der Gefahr von schädlichen Auswirkungen, wie z. B. Anschmierungen, und somit einer vorzeitigen Zerstörung auftreten können. Demgegenüber muss aber zur Sicherstellung eines störungsfreien Betriebs auf das einreihige Zylinderrollenlager 14, ebenso wie auf weitere (nicht dargestellte) Wälzlager einer Wellenlagerung, stets eine Mindestbelastung wirken. Dies gilt im Besonderen für schnell laufende Lager und Lager, die starken Beschleunigungen und schnellen Lastwechseln ausgesetzt sind.The minimum required radial force or the limit torque is thanks to the modified four-point bearing 13 less than with the conventional four-point bearings described above. When using a conventional four-point bearing would be at a constant maximum speed of a train and a resulting low torque, the four-point bearing not only on the storage 10 acting axial load, but also take over an entire radial load. The cylindrical roller bearing placed next to the (conventional) four-point bearing 14 would then be radially unloaded, causing high sliding movements with the risk of harmful effects, such. B. lubrication, and thus premature destruction can occur. In contrast, however, to ensure a trouble-free operation on the single-row cylindrical roller bearing 14 , As well as on other (not shown) bearings of a shaft bearing, always act a minimum load. This is especially true for high speed bearings and bearings that are subject to strong accelerations and fast load changes.

Würde man ein Vierpunktlager eines Radial-Axial-Lagers axial nicht fixieren, so müsste ein Verschleißschutz seiner Seiten- bzw. Mantelflächen sowie ein Verschleißschutz der Gegenflächen vorgesehen werden, z. B. durch Carbonitrieren, was einen erhöhten Fertigungsaufwand bedeuten würde.Would you not fix a four-point bearing of a radial-axial bearing axially, it would have a wear protection of its side or lateral surfaces and a wear protection of the mating surfaces are provided, for. B. by carbonitriding, which would mean an increased production cost.

Eine Auswahl von Lagerlüften einer Wellenlagerung kann entsprechend der Umgebung (Bsp. Gehäusewerkstoff) unterschiedlich sein. Für eine definitive Lagerluftfixierung ist die Kenntnis der realen bzw. max. Temperaturen im Lagersystem erforderlich und zu bewerten. Besonderer Beachtung bedarf dabei die Lagerluftabstimmung des axial geklemmten und radial freigelegten Vierpunktlagers 13 mit dem auf der Welle 11 befindlichen Zylinderrollenlager 14. A selection of bearing ventilation of a shaft bearing can be different according to the environment (eg housing material). For a definitive clearance fixing, the knowledge of the real or max. Temperatures in the storage system required and assessed. Particular attention must be paid to the bearing clearance of the axially clamped and radially exposed four-point bearing 13 with that on the shaft 11 located cylindrical roller bearing 14 ,

Eine Lagerluft des Vierpunktlagers 13 hängt gemäß Ausführungsbeispielen von einer Lagerluft des Zylinderrollenlagers 14 ab, und umgekehrt, um in etwa zu gewährleisten, dass beide Lager 13, 14 gleichzeitig Radialkräfte aufnehmen können bzw. dass die Radialkräfte zuerst oder alleine von dem Zylinderrollenlager 14 aufgenommen werden können. Demzufolge werden die Lagerlüfte der Lager 13, 14 gemäß manchen Ausführungsbeispielen unterschiedlich ausgelegt sein. Bei einer einheitlichen Wahl der Lagerluft des gesamten Radial-Axial-Lagers 10 kann sich eine sehr geringe Belastung des Zylinderrollenlagers 14 im normalen Betriebsfall ergeben. Das Vierpunktlager 13 nimmt dann zusätzlich zur Axiallast nahezu die gesamte Radiallast auf. Diese Gegebenheit kann daher in der Auslegung der Lagerlüfte mitbetrachtet werden. Eine Axiallagerluft des Vierpunktlagers 13 besitzt dabei praktisch keinen Einfluss, solange kein Klemmen zwischen beiden Lagerreihen 13, 14 auf Grund einer Schiefstellung des Lagers 13 eintritt. Eine mögliche Abhilfe ist daher eine gegenüber dem Vierpunktlager 13 verringerte radiale Lagerluft des Zylinderrollenlagers 14. D. h., gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die radiale Lagerluft des Zylinderrollenlagers 13 geringer als die radiale Lagerluft des Vierpunktlagers 13.A bearing clearance of the four-point bearing 13 depends according to embodiments of a bearing clearance of the cylindrical roller bearing 14 off, and vice versa, to approximately ensure that both camps 13 . 14 can simultaneously absorb radial forces or that the radial forces first or alone from the cylindrical roller bearing 14 can be included. As a result, the bearing ventilations of the bearings 13 . 14 be designed differently according to some embodiments. With a uniform choice of bearing clearance of the entire radial-axial bearing 10 can be a very low load on the cylindrical roller bearing 14 in normal operating conditions. The four-point camp 13 then absorbs almost the entire radial load in addition to the axial load. This situation can therefore be considered in the interpretation of the storage air. An axial bearing air of the four-point bearing 13 has virtually no influence, as long as no jamming between two rows of bearings 13 . 14 due to a misalignment of the camp 13 entry. One possible remedy is therefore one opposite the four-point bearing 13 decreased Radial bearing clearance of the cylindrical roller bearing 14 , D. h., According to one embodiment, the radial bearing clearance of the cylindrical roller bearing 13 less than the radial clearance of the four-point bearing 13 ,

Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Vierpunktlagers 13 mit einem höheren Druckwinkel µ, Schmiegung und abgestimmter Radialluft des Vierpunktlagers 13 kann eine Kraftaufteilung des Wellenlagersystems, insbesondere des Radial-Axial-Lagers 10, verbessern, insbesondere für schnell laufende Lager und Lager, die starken Beschleunigungen und schnellen Lastwechseln ausgesetzt sind. Durch diese Maßnahme kann im Rahmen des technisch Möglichen bei einem axial geklemmten Vierpunktlager-Außenring 18 für eine möglichst hohe (radiale) Belastung des Zylinderrollenlagers 14 gesorgt werden. The use of a four-point bearing according to the invention 13 with a higher pressure angle μ, osculation and tuned radial clearance of the four-point bearing 13 can be a force distribution of the shaft bearing system, in particular the radial-axial bearing 10 improve, especially for high-speed bearings and bearings that are exposed to strong accelerations and rapid load changes. By this measure, in the context of the technically possible in an axially clamped four-point bearing outer ring 18 for the highest possible (radial) load on the cylindrical roller bearing 14 be taken care of.

Trotzdem besteht in einer Drehrichtung bei geringen Antriebsmomenten die Möglichkeit, dass das Zylinderrollenlager 14 nicht mit der erforderlichen Radialkraft belastet wird. Ein solcher Effekt kann insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten auftreten. Eine Abhilfe dafür wäre daher entweder ein wirklich radial freigestellter Außenring des Vierpunktlagers (ohne axiale Klemmung), eine verringerte Lagerluft des Zylinderrollenlagers oder ein noch größerer Druckwinkel µ des Vierpunktlagers 13. Der letztgenannten Möglichkeit sind aber aufgrund von Raumverhältnissen zwischen dessen Lagerkäfig und Schultern Grenzen gesetzt. Nevertheless, there is the possibility that the cylindrical roller bearing in one direction of rotation at low drive torque 14 is not loaded with the required radial force. Such an effect can occur especially at high speeds. A remedy for this would be either a really radially outer ring of the four-point bearing (without axial clamping), a reduced bearing clearance of the cylindrical roller bearing or an even larger pressure angle μ of the four-point bearing 13 , The latter possibility, however, are limited due to space between the bearing cage and shoulders limits.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist es möglich, einen Lagerkäfig des Vierpunkt- 13 und/oder des Zylinderrollenlagers 14 schultergeführt auszubilden. In diesem Falle läuft der Käfig mit einer radialen Grenzfläche an einer Schulter (Bord) des Lagers an und wird dadurch geführt. Bevorzugt ist ein Lagerkäfig des Vierpunkt- 13 und/oder des Zylinderrollenlagers 14 aus massivem Metall, insbesondere Messing, hergestellt. In anderen Worten ausgedrückt weist das Vierpunktlager 13 und/oder das Zylinderrollenlager 14 gemäß Ausführungsbeispielen also jeweils einen einteiligen, schultergeführten und massiven Lagerkäfig aus Messing auf. Massivkäfige aus Messing erlauben höhere Drehzahlen und sind vorteilhaft, wenn zusätzlich zu reinen Umlaufbewegungen z.B. noch hohe Beschleunigungen auftreten.According to embodiments, it is possible to use a bearing cage of the four-point 13 and / or the cylindrical roller bearing 14 shoulder-trained. In this case, the cage runs with a radial interface on a shoulder (board) of the bearing and is guided by it. Preferably, a bearing cage of the four-point 13 and / or the cylindrical roller bearing 14 Made of solid metal, especially brass. In other words, the four-point bearing points 13 and / or the cylindrical roller bearing 14 According to embodiments, in each case a one-piece, shoulder-mounted and solid bearing cage made of brass. Solid cages made of brass allow higher speeds and are advantageous if, in addition to pure orbital movements, for example, even high accelerations occur.

Herkömmliche Wärmestabilisierungen (S0) harmonieren mit eher niedrigeren Komponententemperaturen, die beispielsweise bei geringen Hochgeschwindigkeitsfahrtanteilen auftreten. Höhere Lagertemperaturen, die bei einer länger gefahrenen maximalen Geschwindigkeit auftreten, können auch bei einer S0 Wärmestabilisierung über die Zeit zu einer Gefügeumwandlung des Restaustenits mit damit verbundenen Ringwachstum führen. Bei der damit verbundenen Dimensionsveränderung kann ein Drehen der Innenringe vor Eintritt des Hauptuntersuchungsintervalls insbesondere beim Anfahrmoment nicht ausgeschlossen werden. Conventional heat stabilizers (S0) harmonize with rather lower component temperatures that occur, for example, at low high speed travel rates. Higher storage temperatures, which occur at a longer maximum speed, can also lead to a structural transformation of the retained austenite with associated ring growth over time with an S0 heat stabilization. In the associated dimensional change rotating the inner rings before the main inspection interval, especially at the starting torque can not be excluded.

Hinsichtlich einer Sicherstellung eines festen Sitzes des Radial-Axial-Lagers 10 auf der Welle 12 über längere Betriebsdauern, können die Lager 13, 14 (neben evtl. weiteren Lagern) gemäß Ausführungsbeispielen daher mit einer S1 Wärmestabilisierung ausgeführt sein, was einer erhöhten Grenztemperatur von 200°C und einer Tragzahl von 75% bis 90% entspricht. Herkömmliche Wälzlager sind typischerweise für Betriebstemperaturen bis zu 120°C (Lager mit Dichtung bis zu 100 °C) bestimmt. Wird ein Lager bei andauernd höheren Temperaturen verwendet, sollte dieses bei der Herstellung besonders angepasst werden, damit dessen Maßstabilität im Betrieb gesichert ist. Lager für hohe Temperaturen können wärmebehandelt werden. Eine Wärmestabilisierung eines Lagers hat aber eine Enthärtung seiner Laufbahnen zur Folge und damit auch eine Verminderung einer Tragfähigkeit des Lagers.With regard to ensuring a tight fit of the radial-axial bearing 10 on the wave 12 over longer operating periods, the bearings can 13 . 14 (In addition to possibly further bearings) according to embodiments therefore be designed with an S1 heat stabilization, which corresponds to an increased temperature limit of 200 ° C and a load rating of 75% to 90%. Conventional bearings are typically designed for operating temperatures up to 120 ° C (bearings with seals up to 100 ° C). If a bearing is used at constantly higher temperatures, it should be specially adapted during manufacture to ensure its dimensional stability during operation. High temperature bearings can be heat treated. However, a heat stabilization of a bearing has a softening of its tracks result and thus a reduction in a bearing capacity of the camp.

Um eine verbesserte Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten, können Teile des Vierpunktlagers 13 und/oder Teile des Zylinderrollenlagers 14 jeweils nitrocarburiert ausgebildet sein, wobei Nitrocarburieren ein thermochemisches Verfahren zum Anreichern einer Randschicht eines Werkstückes mit Stickstoff und Kohlenstoff bedeutet. Somit entsteht beim Nitrocarburieren eine Nitrierschicht, bestehend aus einer Verbindungsschicht und einer Diffusionsschicht. Weiterhin können Teile des Vierpunktlagers 13 und/oder Teile des Zylinderrollenlagers 14 jeweils brüniert ausgebildet sein. Brünieren dient einem Bilden einer schwachen Schutzschicht (Oxidschicht) auf eisenhaltigen Oberflächen, um Korrosion zu vermindern.To obtain an improved surface finish, parts of the four-point bearing can 13 and / or parts of the cylindrical roller bearing 14 each nitrocarburized, wherein nitrocarburizing means a thermochemical method for enriching a surface layer of a workpiece with nitrogen and carbon. Thus, in nitrocarburizing, a nitriding layer is formed, consisting of a bonding layer and a diffusion layer. Furthermore, parts of the four-point camp 13 and / or parts of the cylindrical roller bearing 14 each formed burnished. Burnishing serves to form a weak protective layer (oxide layer) on ferrous surfaces to reduce corrosion.

Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auch auf eine Antriebswelle, insbesondere für ein Stirnradgetriebe, mit einem oben beschriebenen verbesserten Radial-Axial-Lager 10.In a further aspect, the present invention also relates to a drive shaft, in particular for a spur gear, with an improved radial-axial bearing described above 10 ,

Dazu zeigt 2a eine Antriebs- bzw. Ritzelwelle 21 beispielsweise für ein Stirnradgetriebe. Die Antriebswelle 21 weist ein Antriebszahnrad 22 mit schräg zu der Antriebswelle 21 verlaufenden Zähnen 23 auf, um die Antriebswelle 21 mit einer in 2a nicht dargestellten Abtriebswelle des Getriebes zu koppeln. Die Antriebswelle 21 weist zu deren Lagerung auf einer ersten Seite (links) des Antriebszahnrads 22 ein erstes Zylinderrollenlager 24 und auf einer zweiten Seite (rechts) des Antriebszahnrads 22 das kombinierte Radial-Axial-Lager 10 auf, wobei der Druckwinkel µ des Vierpunktlagers 13 – wie beschrieben – in einem Bereich von 40° bis 50° liegt.In addition shows 2a a drive or pinion shaft 21 for example, for a spur gear. The drive shaft 21 has a drive gear 22 with an angle to the drive shaft 21 running teeth 23 on to the drive shaft 21 with an in 2a to couple not shown output shaft of the transmission. The drive shaft 21 points to their storage on a first side (left) of the drive gear 22 a first cylindrical roller bearing 24 and on a second side (right) of the drive gear 22 the combined radial-axial bearing 10 on, wherein the pressure angle μ of the four-point bearing 13 - As described - is in a range of 40 ° to 50 °.

2b zeigt die Antriebswelle 21 aus 2a gekoppelt mit einer Abtriebswelle 25, die ein Abtriebszahnrad 26 mit schräg zu der Abtriebswelle 25 verlaufenden Zähnen 27 aufweist, um die Abtriebswelle 25 mit der Antriebswelle 21 zu koppeln. Ein Schrägungswinkel β der schräg zu der Abtriebswelle 25 verlaufenden Zähne weicht gemäß Ausführungsbeispielen um einen Betrag größer als 15°, beispielsweise um 18°, von einer Rotationsachse der Abtriebswelle 25 ab. Dies gilt demzufolge auch für einen Schrägungswinkel der schräg zu der Antriebswelle 21 verlaufenden Zähne 23. Die Abtriebswelle 25 weist für deren Lagerung auf einer ersten Seite des Abtriebszahnrads 26 ein erstes Kegelrollenlager 28 und auf einer zweiten Seite des Abtriebszahnrads 26 ein zweites Kegelrollenlager 29 auf. 2 B shows the drive shaft 21 out 2a coupled with an output shaft 25 that has a driven gear 26 obliquely to the output shaft 25 running teeth 27 has to the output shaft 25 with the drive shaft 21 to pair. A helix angle β of the oblique to the output shaft 25 extending teeth deviates according to embodiments by an amount greater than 15 °, for example by 18 °, from an axis of rotation of the output shaft 25 from. This is therefore also true for a helix angle obliquely to the drive shaft 21 running teeth 23 , The output shaft 25 indicates for their storage on a first side of the driven gear 26 a first tapered roller bearing 28 and on a second side of the output gear 26 a second tapered roller bearing 29 on.

Die Kegelrollenlager 28, 29 der abtriebseitigen Lagerung und die abgeschrägten Zähne 23, 27 wirken synergistisch zusammen, in dem Sinne, dass die Kegelrollenlager 28, 29 in vorteilhafter Weise durch die schräg stehenden Zähne 23, 27 übertragene Axialkräfte aufnehmen können. Dies ist insbesondere bei größeren Schrägungswinkeln der Zähne von Vorteil, bei denen alternativ einsetzbare Zylinderrollenlager aufgrund ihrer geringeren axialen Belastbarkeit eine schlechtere Wahl wären.The tapered roller bearings 28 . 29 the driven side bearing and the bevelled teeth 23 . 27 act synergistically together, in the sense that the tapered roller bearings 28 . 29 in an advantageous manner by the inclined teeth 23 . 27 can absorb transmitted axial forces. This is particularly advantageous for larger helix angles of the teeth, in which alternatively usable cylindrical roller bearings would be a poorer choice due to their lower axial load capacity.

Die Kegelrollenlager 28, 29 können gemäß Ausführungsbeispielen derart ausgebildet sein, dass eine Rauheit einer Kegelrollenstirnfläche kleiner als 0.18 µm ist, beispielsweise 0.16 µm. Eine Rauheit einer der Kegelrollenstirnfläche zugewandten Seitenfläche eines Kegelrollenlagerinnenrings kann kleiner als 0.25 µm, insbesondere 0.2 µm, sein.The tapered roller bearings 28 . 29 may be formed according to embodiments such that a roughness of a tapered roller face is less than 0.18 microns, for example, 0.16 microns. A roughness of a tapered roller end surface facing side surface of a tapered roller bearing inner ring may be less than 0.25 microns, in particular 0.2 microns.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Getriebe, insbesondere ein einstufiges Stirnradgetriebe, für Schienenfahrzeuge bereitgestellt. Dazu zeigt übersichtsmäßig Fig. 3ein Stirnradgetriebe 30 mit erfindungsgemäßen An- 21 und Abtriebswellen 25 und entsprechenden Lagerungen.According to a further aspect of the present invention, a transmission, in particular a single-stage helical gear, is also provided for rail vehicles. For clarity, Fig. 3 shows a spur gear 30 with the invention 21 and output shafts 25 and corresponding bearings.

Um antriebswellenseitig auch bei geringeren Antriebsdrehmomenten eine radiale Kraftaufnahme des Zylinderrollenlagers 14 des Radial-Axial-Lagers 10 zu ermöglichen, wird zur Aufnahme axialer Kräfte ein erfindungsgemäßes Vierpunktlager 13 mit erhöhtem Druckwinkel µ (40° ≤ µ ≤ 50°) verwendet. Abtriebswellenseitig werden die vorteilhaften Kegelrollenlager 28, 29 eingesetzt, um Axialkräfte aufnehmen zu können, die u. a. durch den betragsmäßig relativ hohen Schrägungswinkel der Zahnradzähne 23, 27 hervorgerufen werden.At the drive shaft side, even at lower drive torques, a radial force absorption of the cylindrical roller bearing 14 of the radial-axial bearing 10 to allow for receiving axial forces an inventive four-point bearing 13 used with increased pressure angle μ (40 ° ≤ μ ≤ 50 °). Output shaft side are the advantageous tapered roller bearings 28 . 29 used to absorb axial forces, including the amount of relatively high helix angle of the gear teeth 23 . 27 be caused.

Eine Beanspruchung der Lager 13, 14, 24, 28, 29 erfolgt dabei nicht nur aufgrund direkter Belastungen, sondern auch aufgrund von Umgebungsgegebenheiten. Beispielhaft seien hier eine Abstrahlwärme aus der unmittelbaren Nähe der Verzahnung 22, 26, metallischer Abrieb aus der Verzahnung aber auch mineralische Verunreinigungen genannt. Eine Sicherstellung einer "leichten" Dekontamination könnte sich durchaus positiv auf eine rechnerisch zu erwartende Lebensdauer der Wälzlager auswirken. Eine Herabsetzung eine mittleren Betriebsöltemperatur gleichfalls. Eine Effektivität einer Schmierung in beiden Drehrichtungen sowie eine Wärmeabfuhr ist dabei sicherzustellen.A stress on the bearings 13 . 14 . 24 . 28 . 29 takes place not only due to direct loads, but also due to environmental conditions. As an example, here is a radiation heat from the immediate vicinity of the teeth 22 . 26 , metallic abrasion from the teeth but also called mineral impurities. Ensuring "easy" decontamination could definitely have a positive effect on the expected life expectancy of the rolling bearings. A reduction in a mean operating oil temperature as well. An effectiveness of lubrication in both directions of rotation as well as a heat dissipation is to be ensured.

Zusammenfassend wurde vorliegend ein Lagerungskonzept insbesondere für einen einstufigen Zugantrieb beschrieben. Dieses Antriebslagerungskonzept umfasst zwei Zylinderrollenlager sowie ein modifiziertes Vierpunktlager auf der Antriebsseite. Auf der Abtriebswelle werden vorzugsweise Kegelrollenlager (TRB = Tapered Roller Bearings) eingesetzt, wobei entsprechend der Verzahnungsdaten, z. B. bei geringeren Schrägungswinkeln, auch Zylinderrollenrollenlager (CRBs) zum Einsatz kommen könnten.In summary, a storage concept has been described in particular for a single-stage traction drive. This drive storage concept comprises two cylindrical roller bearings as well as a modified four-point bearing on the drive side. On the output shaft tapered roller bearings (TRB = Tapered Roller Bearings) are preferably used, according to the gear data, z. B. at smaller helix angles, and cylindrical roller bearings (CRBs) could be used.

Der Einsatz des Vierpunktlagers mit dem höheren Druckwinkel, Schmiegung und abgestimmter radialer Lagerluft des Vierpunktlagers kann die Kraftaufteilung des Lagersystems verbessern. Durch diese Maßnahme ist im Rahmen des technisch Möglichen – bei einem axial geklemmten Vierpunktlager-Außenring – für eine möglichst hohe Belastung des benachbarten Zylinderrollenlagers gesorgt. The use of the four-point bearing with the higher pressure angle, osculation and matched radial bearing clearance of the four-point bearing can improve the force distribution of the storage system. As a result of this measure, as far as is technically possible - with an axially clamped four-point bearing outer ring - the highest possible load on the adjacent cylindrical roller bearing is ensured.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: kombiniertes Radial-Axial-Lager combined radial-axial bearing
1111: Welle wave
1212: Rotationsachse axis of rotation
1313: Vierpunktlager Four point contact bearings
1414: Zylinderrollenlager Cylindrical roller bearings
1515: Radialebene radial plane
1616: Drucklinie pressure line
1717: geteilter Lagerinnenring divided bearing inner ring
1818: Vierpunktlageraußenring Four point contact bearing outer ring
1919: Zylinderrollenlageraußenring Cylindrical roller bearing outer ring
2020: axiales Abstandselement axial spacer
2121: Antriebs- bzw. Ritzelwelle Drive or pinion shaft
2222: Antriebszahnrad drive gear
2323: Zähne des Antriebszahnrads Teeth of the drive gear
2424: erstes Zylinderrollenlager first cylindrical roller bearing
2525: Abtriebswelle output shaft
2626: Antriebszahnrad drive gear
2727: Zähne des Abtriebszahnrads Teeth of the output gear
2828: erstes Kegelrollenlager first tapered roller bearing
2929: zweites Kegelrollenlager second tapered roller bearing
3030: Getriebe transmission

Claims

Helical gear ( 30 ) with a drive shaft ( 11 ; 21 ), which has a drive gear ( 22 ) obliquely to the drive shaft ( 11 ; 21 ) teeth ( 23 ) to the drive shaft ( 11 ; 21 ) with a Output shaft ( 25 ) of the spur gear ( 30 ), wherein the drive shaft ( 11 ; 21 ) for their storage on a first side of the drive gear ( 22 ) a first cylindrical roller bearing ( 24 ) and on a second side of the drive gear ( 22 ) a combined radial-axial bearing ( 10 ), wherein the combined radial-axial bearing ( 10 ) an axially extending arrangement of a four-point bearing ( 13 ) and an axially fixedly coupled to the four-point bearing cylindrical roller bearings ( 14 ), wherein a pressure angle (μ) of the four-point bearing ( 13 ) is in a range of 40 ° to 50 ° and wherein the cylindrical roller bearing ( 14 ) one opposite the four-point bearing ( 13 ) has reduced radial clearance, wherein the output shaft ( 25 ) an output gear ( 26 ) obliquely to the output shaft ( 25 ) teeth ( 27 ) to the output shaft ( 25 ) with the drive shaft ( 21 ) of the spur gear ( 30 ), the output shaft ( 25 ) for their storage on a first side of the output gear ( 26 ) a first tapered roller bearing ( 28 ) and on a second side of the output gear, a second tapered roller bearing ( 29 ) having.

The spur gear ( 30 ) according to claim 1, wherein the contact angle (μ) of the four-point bearing ( 13 ) is in a range of 45 ° ± 3 ° and preferably in a range of 45 ° ± 1 °.

The spur gear ( 30 ) according to one of the preceding claims, wherein a bearing outer ring ( 18 ) of the four-point bearing ( 13 ) by means of an axial spacer element ( 20 ) with a bearing outer ring ( 19 ) of the cylindrical roller bearing in the axial direction ( 14 ) is so firmly coupled that the bearing outer ring ( 18 ) of the four-point bearing ( 13 ) remains radially movable despite the axial coupling.

The spur gear ( 30 ) according to one of the preceding claims, wherein a radial bearing clearance of the four-point bearing ( 13 ) of a radial bearing clearance of the cylindrical roller bearing ( 14 ) and vice versa.

The spur gear ( 30 ) according to one of the preceding claims, wherein the four-point bearing ( 13 ) and / or the cylindrical roller bearing ( 14 ) each has a one-piece, shoulder-mounted and solid bearing cage made of brass.

The spur gear ( 30 ) according to one of the preceding claims, wherein the four-point bearing ( 13 ) and / or the cylindrical roller bearing ( 14 ) each S1 is heat stabilized.

The spur gear ( 30 ) according to one of the preceding claims, wherein the four-point bearing ( 13 ) and / or the cylindrical roller bearing ( 14 ) is in each case at least partially nitrocarburized.

The spur gear according to one of the preceding claims, wherein the tapered roller bearings ( 28 ; 29 ) are formed such that an average roughness of a Kegenrollenstirnfläche is less than 0.18 microns and a Kegenrollenstirnfläche facing side surface of a Kegenrollenlagerinnenrings an average roughness less than 0.25 microns.