DE102012217505A1

DE102012217505A1 - Anlaufring für eine Getriebewellenlagerung

Info

Publication number: DE102012217505A1
Application number: DE201210217505
Authority: DE
Inventors: Alexander Pabst; Andreas Oswald
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2012-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung (1) für ein Getriebe, die ein einer Welle (2) zugeordnetes Kegelrollenlager (3a) umfasst, dessen kegelförmige Wälzkörper (11) in einem Wälzkörperkäfig (10) eingesetzt sind und an einer konischen Außenlaufbahn (9) eines Lageraußenrings (8) sowie an einer konischen Innenlaufbahn (6a) eines Lagerinnenring (5) geführt sind, die übereinstimmend bordlos ausgeführt sind. Über die größte Stirnseite (15) sind die Wälzkörper (11) mittelbar über einen separaten Anlaufring (13a) axial an einer Schulter (12) der Welle (2) abgestützt. Der planparallel ausgebildete, in einer Radialebene ausgerichtete Anlaufring (13a) bildet eine Anlauffläche (16), an der die Wälzkörper (11) über die Stirnfläche (15) abgestützt sind und weiterhin eine der Schulter (12) der Welle (2) zugeordnete Gegenfläche (17).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für ein Getriebe, die ein einer Welle zugeordnetes Kegelrollenlager umfasst, gemäß den den Oberbegriff bildenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.
Eine derartige Lageranordnung ist aus den Dokumenten US 2,420,820 und US 2,180,315 bekannt. Der Aufbau umfasst ein Kegelrollenlager, dessen Wälzkörper innenseitig unmittelbar auf einer Welle und außenseitig an einem Lageraußenring geführt sind, der einen radial ausgerichteten Bord einschließt. Weiterhin ist dem Kegelrollenlager auf einer Seite ein separates Ringelement zugeordnet, an dessen vorstehendem Ansatz die Wälzkörper abgestützt sind und dessen radialer Schenkel sich bis zur Außenkontur des Lageraußenrings erstreckt. Gegenseitig ist den Wälzkörpern ein separater, auf der Welle geführter Anlaufring zugeordnet, der sich bis in die Kontur des Lageraußenrings erstreckt. Die US 4,065,191 offenbart Kegelrollenlager, bei denen beispielsweise eine Ausführung einen Lagerinnenring mit einer konischen Innenlaufbahn und einen Lageraußenring mit einer konischen Außenlaufbahn umfasst. Die zwischen den Lagerringen geführten, als Kegelrollen ausgebildeten Wälzkörper sind axial über einen separaten Anlaufring abgestützt. Die DE 25 03 916 A1 zeigt eine Lageranordnung, die zwei zueinander beabstandete Kegelrollenlager einschließt, wobei die über einen gemeinsamen Lagerinnenring verbunden und die Wälzkörper eines Kegelrollenlagers über einen Anlaufring abgestützt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Lageranordnung mit einem reibungsarmen Kegelrollenlager zu schaffen, die eine hohe Tragfähigkeit aufweist und die einfach aufgebaut, kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabenstellung wird durch eine die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 einschließende Lageranordnung gelöst. Die abhängigen, auf die Ansprüche 1 und 2 rückbezogenen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß dem Anspruch 1 umfasst die Lageranordnung einen planparallel ausgebildeten, in einer Radialebene ausgerichteten und dem Kegelrollenlager außenseitig vorgelagerten separaten Anlaufring, der eine Anlauffläche für die Wälzkörper bildet und dessen Gegenfläche einer Schulter der Welle oder einem Gehäuse zugeordnet ist. Ein planparalleler Anlaufring zeichnet sich im Vergleich zu einem Anlaufring mit geneigter Anlauffläche durch eine vorteilhafte einfache und damit kostengünstige Herstellung aus. Im Lastzustand, dem Betriebszustand des Kegelrollenlagers, gewährleistet der Anlaufring einen korrekten axialen Anlauf und bildet somit einen axialen Anschlag für den aus konisch gestalteten Wälzkörpern gebildeten Rollensatz.
Aus dem Dokument US 1 548 821 ist ein planparallel ausgeführter Anlaufring bekannt, der abweichend zu der vorliegenden Erfindung innerhalb eines zweireihigen Kegelrollenlagers eingesetzt ist. Die beidseitig des Anlaufrings angeordneten Wälzkörper der Wälzkörperreihen sind weiterhin im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen Aufbau zusätzlich an Borden des Lageraußenrings geführt.
Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die an bordlosen Laufbahnen geführten Wälzkörper der Lageranordnung über die größte kuppenförmig ausgebildete Stirnseite unmittelbar an einer Schulter der Welle axial abgestützt und damit gleichzeitig geführt sind. Damit ist sowohl eine reibungsreduzierte als auch bauraum- und bauteiloptimierte Lageranordnung realisierbar.
Die Wälzkörper des Kegelrollenlagers sind gemäß beiden Erfindungen über eine kuppenförmige Stirnseite des größten Wälzkörperdurchmessers an dem separaten planparallelen Anlaufring oder unmittelbar an einer ebenen Schulter der Welle abgestützt. Der kuppenförmige Kontakt zwischen den Wälzkörpern und der Anlaufscheibe oder der Schulter der Welle bewirkt eine vorteilhafte reduzierte Reibung im Vergleich zu großflächigen Kontaktflächen bisheriger Lösungen. Durch die Kuppenform verschiebt sich außerdem der Kontakt zum Wälzkörperzentrum, wodurch sich am Reibkontakt eine geringere Relativgeschwindigkeit zwischen der Anlaufscheibe und den Wälzkörpern einstellt, die zu einer gewünschten geringeren Verlustleistung führt.
Übereinstimmend schließen die erfindungsgemäßen Lageranordnungen der Ansprüche 1 und 2 ein gebautes Kegelrollenlager ein, dessen Wälzkörper innenseitig und außenseitig an bordlosen Laufbahnen geführt sind.
Gegenüber bekannten bisherigen Lösungen, bei denen die Wälzkörper an Borden eines Lagerrings geführt werden, ergibt das erfindungsgemäße Konzept eine größere Gestaltungsfreiheit bezüglich des Wälzlageraufbaus, insbesondere hinsichtlich der Wälzkörperführung. Weiterhin stellt sich durch eine bordlose Führung der Wälzkörper ein verlängerter Wälzkörpersitz ein, der die Verwendung längerer Wälzkörper ermöglicht, wodurch die Tragzahl bzw. die Tragfähigkeit des Kegelrollenlagers deutlich gesteigert werden kann.
Durch die bordlosen Lagerringe kann vorteilhaft ein zerlegbares Kegelrollenlager realisiert werden, das beispielsweise einen Lagerinnenring, einen Wälzkörpersatz sowie einen Wälzkörperkäfig umfasst. Zur Vereinfachung der Montage bietet sich ein verliersicherer Aufbau für wesentliche Bauteile des Kegelrollenlagers an. Beispielsweise kann der auch als Bordscheibe zu bezeichnende Anlaufring sowie der Rollen- oder Wälzkörpersatz einschließlich Wälzkörperkäfig formschlüssig verbunden werden. Eine formschlüssige Verbindung ermöglicht eine den Montageaufwand verringernde Vormontage des Anlaufrings an einem Bauteil der Lageranordnung.
Für die erfindungsgemäße Lageranordnung, die ein Kegelrollenlager mit erhöhter Tragfähigkeit sowie einen kostenoptimierten Aufbau einschließt, ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Das Erfindungskonzept bietet beispielsweise die Möglichkeit, durch eine individuelle Auslegung oder Ausgestaltung einzelner Komponenten das Kegelrollenlager vielfältig einzusetzen, für spezielle Einbausituationen in Fahrzeuggetrieben, insbesondere Differenzialgetrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindungen ist vorgesehen, dass die kuppenförmige Stirnseite der Wälzkörper gemäß einer Näherungsformel
gestaltet ist. Durch eine derartig gestaltete Kuppenform der Wälzkörper ist sichergestellt, dass der axiale Kontakt zwischen den Wälzkörpern und der Anlaufscheibe oder der Schulter der Welle vorzugsweise im Wälzkörperzentrum erfolgt und sich damit die gewünschte reduzierte Reibung einstellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper unmittelbar an der konischen Laufbahn der Welle geführt sind. Durch die Direktlaufbahn, die unmittelbare Wälzkörperanordnung auf der Welle, die eine konische Innenlaufbahn für die Wälzkörper bildet und dem damit verbundenen Entfall des Lagerinnenrings verringert sich vorteilhaft die Bauhöhe und folglich der erforderliche Bauraum des Kegelrollenlagers. Gleichzeitig vereinfacht der bauraumoptimierte Wälzlageraufbau den Montageaufwand, wodurch sich ein weiterer Kostenvorteil einstellt. Alternativ zu einer unmittelbaren Führung auf der Welle bietet es sich an, die Wälzkörper mittelbar über einen bordlosen Innenring auf der Welle zu führen. Unabhängig von der innenseitigen Führung sind die Wälzkörper stirnseitig an einem Anlaufring abgestützt.
Ferner schließt die Erfindung einen Anlaufring ein, der auf einem zylindrischen Wellenabschnitt zwischen einem eine konische Innenlaufbahn für die Wälzkörper bildenden Lagerinnenring und einer Schulter der Welle angeordnet ist. Der Anlaufring ist dazu bevorzugt gemeinsam mit dem Innenring kraftschlüssig mittels einer Presspassung auf der Welle fixiert.
Weiterhin bietet es sich an, den Anlaufring auf einem bevorzugt zylindrischen der Schulter vorgelagerten Wellenabschnitt zu positionieren, der wiederum radial zu einem konischen oder zylindrischen für den Lagerinnenring bestimmten Wellenabschnitt versetzt ist. Der Anlaufring ist dabei beispielsweise durch Stoffschluss, Reibschluss und/oder Kraftschluss gegen eine ungewollte Verdrehung oder Verschiebung auf der Welle gesichert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, wobei sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Dabei zeigt:
1 einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgeführten Lageranordnung;
2 einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgeführten Lageranordnung; und
3 einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgeführten Lageranordnung.
Das erste Ausführungsbeispiel nach 1 zeigt eine als Wellenlagerung ausgeführte Lageranordnung 1a, die beispielsweise in einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere einem Differenzialgetriebe integrierbar ist. Die Lageranordnung 1a umfasst ein gebautes Kegelrollenlager 3a mit dem eine Welle 2 in einem Gehäuse 4 drehbar gelagert ist. Das Kegelrollenlager 3 schließt einen auf der Welle 2 fixierten Lagerinnenring 5 ein, der eine konische Innenlaufbahn 6 bildet sowie einen in einer Aufnahme 7 des Gehäuses 4 eingesetzten Lageraußenring 8 mit einer konischen Außenlaufbahn 9. Zwischen dem Lagerinnenring 5 und dem Lageraußenring 8 sind umfangsverteilt kegelförmig gestaltete, in einem Wälzkörperkäfig 10 geführte Wälzkörper 11 angeordnet. Dem Kegelrollenlager 3a ist seitlich ein separater, einen Axialanschlag bildender Anlaufring 13a zugeordnet, der gegenseitig an einer Schulter 12 der Welle 2 abgestützt ist. Der achsparallele Flächen, eine Anlauffläche 16 und eine Gegenfläche 17 einschließende, im Einbauzustand eine Radialebene für die Umgebungskonstruktion bildende Anlaufring 13a ist auf einem zylindrischen Wellenabschnitt 14a zwischen dem Lagerinnenring 8 und der Schulter 12 eingesetzt und dabei bevorzugt über einen Presssitz lagefixiert. Über eine kuppenförmige Stirnfläche 15 sind die Wälzkörper 11 an der Anlauffläche 16 des Anlaufrings 13a abgestützt, der mit der Gegenfläche 17 an der Schulter 12 anliegt. Zur Verschleißund Reibungsoptimierung kann die kuppenförmige Stirnfläche 15 der Wälzkörper 11 beispielsweise mit einem Dauerschmierstoff beschichtet werden.
Die 2 und 3 veranschaulichen alternative Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Lageranordnungen 1b, 1c, wobei für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Die Beschreibungen der weiteren Figuren beschränken sich im Wesentlichen auf unterschiedlichen Ausgestaltungen.
In 2 ist eine bauteiloptimierte Lageranordnung 1b abgebildet. Abweichend zur 1 sind die Wälzkörper 11 des Kegelrollenlagers 3b ohne Anlaufring unmittelbar über die kuppenförmige Stirnfläche 15 an der Schulter 12 der Welle 2 abgestützt. Weiterhin bildet ein Wellenabschnitt 14b der Welle 2 eine Direktlaufbahn, eine konusartige Innenlaufbahn 6b, auf die Wälzkörper 11 unmittelbar ohne einen Lagerinnenring geführt sind.
Die 3 zeigt die Lageranordnung 1c, die einen Anlaufring 13c einschließt, der auf einem der Schulter 12 der Welle 2 vorgelagerten zylindrischen Wellenabschnitt 18 bevorzugt kraftschlüssig über einen Presssitz lagefixiert ist. Vergleichbar der 2 sind die Wälzkörper 11 des Kegelrollenlagers 3c direkt auf der konusartigen Innenlaufbahn 6b der Welle 2 geführt. Die Darstellung gemäß 3 verdeutlicht weiterhin die kuppenförmige, konvexe Stirnfläche 15 der Wälzkörper 11. Der max. Radius R der Stirnfläche 15 wird unter Berücksichtigung eines Nenndruck-, Innendruck- oder Außendruckwinkels α sowie eines Durchmessers D im Bereich der größten Stirnfläche 15 durch die Näherungsformel
bestimmt.
Bezugszeichenliste

1a: Lageranordnung
1b: Lageranordnung
1c: Lageranordnung
2: Welle
3a: Kegelrollenlager
3b: Kegelrollenlager
3c: Kegelrollenlager
4: Gehäuse
5: Lagerinnenring
6a: Innenlaufbahn
6b: Innenlaufbahn
7: Aufnahme
8: Lageraußenring
9: Außenlaufbahn
10: Wälzkörperkäfig
11: Wälzkörper
12: Schulter
13a: Anlaufring
13b: Anlaufring
14a: Wellenabschnitt
14b: Wellenabschnitt
15: Stirnfläche
16: Anlauffläche
17: Gegenfläche
18: Wellenabschnitt
α: Nenndruckwinkel
D_mFAG: Wälzkörperdurchmesser
R: Radius der Stirnfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2420820 [0002]
US 2180315 [0002]
US 4065191 [0002]
DE 2503916 A1 [0002]
US 1548821 [0006]

Claims

Lageranordnung für ein Getriebe, die ein einer Welle (2) zugeordnetes Kegelrollenlager (3a, 3c) umfasst, dessen kegelförmige Wälzkörper (11) in einem Wälzkörperkäfig (10) eingesetzt, an einer konischen Außenlaufbahn (9) eines Lageraußenrings (8) sowie an einer konischen Innenlaufbahn (6a) eines Bauteils der Lageranordnung (1a, 1c) geführt sind und die Wälzkörper (11) über deren größte Stirnseite (15) axial mittelbar über einen separaten Anlaufring (13a, 13b) an der Welle (2) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der planparallel ausgebildete, in einer Radialebene ausgerichtete Anlaufring (13a, 13b) eine Anlauffläche (16) bildet, an der die innenseitig und außenseitig an bordlosen Laufbahnen (6a, 6b, 9) geführten Wälzkörper (11) über eine kuppenförmige Stirnfläche (15) abgestützt sind und eine Gegenfläche (17) des Anlaufrings (13a, 13b) einer Schulter (12) der Welle (2) zugeordnet ist.
Lageranordnung für ein Getriebe, die ein einer Welle (2) zugeordnetes Kegelrollenlager (3b) umfasst, dessen kegelförmige Wälzkörper (11) in einem Wälzkörperkäfig (10) eingesetzt, an einer konischen Außenlaufbahn (9) eines Lageraußenrings (8) sowie an einer konischen Innenlaufbahn (6b) eines Bauteils der Lageranordnung (1b) geführt sind und die Wälzkörper (11) mit einer größten Stirnseite (15) axial an der Welle (2) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) unmittelbar über eine kuppenförmige Stirnfläche (15) an einer Schulter (12) der Welle (2) axial abgestützt und geführt sind und die Wälzkörper (11) innenseitig und außenseitig an bordlosen Laufbahnen (6b, 9) geführt sind.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung der kuppenförmigen Stirnseite (15) der Wälzkörper (11) nach einer Näherungsformel
erfolgt.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) des Kegelrollenlagers (3b, 3c) unmittelbar an der konischen Innenlaufbahn (6b) eines Wellenabschnitts (14b) der Welle (2) geführt sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlaufring (13a) auf dem Wellenabschnitt (14a) der Welle (2) zwischen einem eine konische Innenlaufbahn (6a) für die Wälzkörper (11) bildenden Lagerinnenring (5) und einer Schulter (12) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlaufring (13b) auf einem der Schulter (12) der Welle (2) vorgelagerten Wellenabschnitt (18) positioniert ist.