DE102012217506B4

DE102012217506B4 - Lageranordnung für ein Getriebe

Info

Publication number: DE102012217506B4
Application number: DE102012217506.7A
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: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: DE102012217506A1

Abstract

Lageranordnung für ein Getriebe, die ein einer Welle (2) zugeordnetes Kegelrollenlager (3) umfasst, dessen Wälzkörper (11) in einem Wälzkörperkäfig (10) eingesetzt, an einer konischen bordlosen Außenlaufbahn (9) eines Lageraußenrings (8) sowie an einer konischen bordlosen Innenlaufbahn (6, 21) eines Bauteils der Lageranordnung (1) geführt sind und die Wälzkörper (11) mittelbar über eine separate Bordscheibe (13a, 13b, 13c) an der Welle (2) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (13a, 13b, 13c) kraftschlüssig an der Welle (2) lagefixiert oder formschlüssig mit einem Bauteil des Kegelrollenlagers (3) verbunden ist, wobei eine unmittelbare axiale Abstützung der Bordscheibe (13a, 13b, 13c) auf eine Stirnseite (14) der Wälzkörper (11) und auf eine Schulter (12) der Welle (2) begrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für ein Getriebe, die ein einer Welle zugeordnetes Kegelrollenlager umfasst. Die in einem Wälzkörperkäfig eingesetzten Wälzkörper sind an einer konischen Außenlaufbahn eines Lageraußenrings sowie an einer konischen Innenlaufbahn eines Bauteils der Lageranordnung geführt. Weiterhin sind die Wälzkörper mittelbar über eine Bordscheibe an der Welle axial abgestützt.
Eine derartige Lageranordnung ist aus dem Dokument EP 0 374 560 A2 bekannt, das Lagerringe mit konisch verlaufenden, bordlosen Laufbahnen einschließt. Eine auf der Welle verschiebbar geführte, eine Stirnseite eines inneren Lagerrings vollständig abdeckende Bordscheibe erstreckt sich radial bis über eine Außenkontur des inneren Lagerrings und bildet eine axiale Führung der Wälzkörper. Die DE 11 32 447 A offenbart ein vollrolliges Wälzlager, bei dem die Wälzkörper ohne Wälzkörperkäfig geführt sind. Dem unmittelbar auf einem konischen Wellenzapfen geführten Wälzkörper ist einseitig eine Bordscheibe zugeordnet, die über ein Federelement an einer Wellenschulter abgestützt ist. Die DE 2 138 434 A betrifft die Lagerung einer Wasserpumpenwelle, bei der die Wälzkörper innenseitig an einer zylindrischen und außenseitig an einer konischen Laufbahn geführt sind. Zur Positionierung der Wälzkörper sind Bordscheiben vorgesehen, die stoffschlüssig auf der Welle fixiert sind. Aus der US 2 656 734 A ist eine Kegellager einschließende Lageranordnung bekannt, deren Wälzkörper an bordlosen Laufbahnen geführt sind. Eine Bordscheibe zur Fixierung der Wälzkörper ist über eine Scheibe und eine Tellerfeder an einer Einstellmutter oder einem Sprengring der Welle abgestützt. Weiterhin zeigt die US 3 796 510 A eine Lagerung für eine Wasserpumpenwelle, deren Wälzkörper innenseitig unmittelbar auf der zylindrischen Welle und außenseitig an einer konischen Laufbahn geführt sind. Eine axiale Führung der Wälzkörper erfolgt mittels auf der Welle fixierter Bordscheiben. Die JP 2005-155 838 A zeigt eine Lageranordnung, bei dem die mit den Wälzkörpern zusammenwirkende Bordscheibe sich über die gesamte Stirnseite des inneren Lagerrings erstreckt.
Weitere Lageranordnungen zeigen die US 2 420 820 A und US 2 180 315 A . Der Aufbau dieser Lager 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 eine separate, auf der Welle geführte Bordscheibe zugeordnet, die sich bis in die Kontur des Lageraußenrings erstreckt. Die US 4,065,191 A 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 eine separate Bordscheibe abgestützt. Die DE 25 03 916 A1 zeigt eine Lageranordnung, die zwei zueinander beabstandete Kegelrollenlager einschließt, die über einen gemeinsamen Lagerinnenring verbunden und die Wälzkörper eines Kegelrollenlagers über eine Bordscheibe abgestützt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Lageranordnung mit einem Kegelrollenlager zu schaffen, die eine hohe Tragfähigkeit aufweist und die einfach aufgebaut, kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabenstellung wird durch eine die Merkmale des Anspruchs 1 einschließende Lageranordnung gelöst. Die abhängigen, auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung umfasst die Lageranordnung eine Bordscheibe, die kraftschlüssig an der Welle lagefixiert oder formschlüssig mit einem Bauteil des Kegelrollenlagers verbunden ist. Dabei ist eine unmittelbare axiale Abstützung der Bordscheibe auf eine Stirnseite der Wälzkörper und auf eine Schulter der Welle begrenzt. Im endmontierten Einbauzustand der Bordscheibe übertreffen Außenkonturen der Wälzkörper eine entsprechende Außenkontur der Bordscheibe, somit ist die Bordscheibe nur einem Teilbereich der Bordscheibenstirnfläche zugeordnet.
Gegenüber bekannten bisherigen Lösungen ergibt das erfindungsgemäße Konzept eine größere Gestaltungsfreiheit bezüglich des Wälzlageraufbaus, insbesondere hinsichtlich der Wälzkörperführung.
Im Lastzustand, dem Betriebszustand des Kegelrollenlagers, gewährleistet die Bordscheibe einen korrekten axialen Anlauf und bildet somit einen axialen Anschlag für den aus konisch gestalteten Wälzkörpern gebildeten Rollensatz. Die Bordscheibe ist bevorzugt formschlüssig mit einem Bauteil der Lageranordnung verbunden. Eine formschlüssige Verbindung ermöglicht eine den Montageaufwand verringernde Vormontage der Bordscheibe an einem Bauteil der Lageranordnung, wodurch sich ein Kostenvorteil einstellt. Außerdem kann die formschlüssige Verbindung so gestaltet sein, dass die Bordscheibe verliergesichert einem Bauteil des Kegelrollenlagers oder der Lageranordnung zugeordnet ist. Alternativ dazu schließt die Erfindung eine kraftschlüssig lagefixierte Bordscheibe ein. Zur dauerfesten Fixierung eignet sich bevorzugt ein Presssitz, über den die Bordscheibe auf der Welle positioniert ist. Alternativ dazu kann eine stoffschlüssige Befestigung der Bordscheibe vorgesehen werden.
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 vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wälzkörper unmittelbar an der konischen Laufbahn der Welle geführt sind. Durch die unmittelbare Wälzkörperanordnung auf der Welle 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 einer Bordscheibe abgestützt.
Ferner schließt die Erfindung eine Bordscheibe ein, die gemeinsam mit den Wälzkörpern lose auf dem Lagerinnenring angeordnet ist. Für erfindungsgemäß aufgebaute Kegelrollenlager mit einem Lagerinnenring ist die Bordscheibe bevorzugt einem Abschnitt zugeordnet, der sich an die konische Innenlaufbahn des Lagerinnenrings anschließt. Die bevorzugt lose auf dem Innenring geführte und im endmontierten Zustand seitlich von den Wälzkörpern und einer Schulter der Welle begrenzte Bordscheibe ist verliergesichert, insbesondere über eine formschlüssige Verbindung mit einem Bauteil der Lageranordnung verbunden. Weiterhin bietet es sich an, die Bordscheibe auf einem bevorzugt zylindrischen Wellenabschnitt der Welle zu positionieren, der auf einem der Schulter vorgelagerten Wellenabschnitt positioniert ist, der sich an die konische Innenlaufbahn für die Wälzkörper anschließt. Die Bordscheibe ist dabei beispielsweise durch Stoffschluss, Reibschluss und/oder Kraftschluss gegen eine ungewollte Verdrehung oder Verschiebung auf dem Wellenabschnitt gesichert.
Eine Führung der lose auf der Welle angeordneten Bordscheibe erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt über eine spielbehaftete, formschlüssige Verbindung mit dem Wälzkörperkäfig des Kegelrollenlagers, wobei sichergestellt ist, dass sich im Betriebszustand der Wälzkörperkäfig nicht mit der Bordscheinbe berührt. Diese gleichzeitig eine wirksame Verliersicherung bildende Verbindung kann beispielsweise einen abgewinkelten Schenkel des Wälzkörperkäfigs einschließen, der formschlüssig in eine radial ausgerichtete Ausnehmung oder Nut der Bordscheibe eingreift.
Als formschlüssige Verbindung bzw. Haltesicherung oder Führung der Bordscheibe eignet sich außerdem ein als Dichtung oder Dichtscheibe ausgebildetes Dichtelement des Kegelrollenlagers. Dieses insbesondere dem Lageraußenring zugeordnete Bauteil erstreckt sich radial in Richtung des gegenüberliegenden Lagerrings und überdeckt zumindest bereichsweise die Bordscheibe. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht ein armiertes dem Lageraußenring zugeordnetes Dichtelement als Dichtscheibe vor, das spielbehaftet im Bereich einer Ringnut axial an der Bordscheibe abgestützt ist.
Die in unterschiedlichen Geometrien gestaltbare Bordscheibe lässt sich in einfacher Weise, insbesondere mittels eines Umformverfahrens, kostengünstig herstellen. Die als Gleit- und/oder Führungsbauteil eingesetzte Bordscheibe ist zweckmäßig hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit und Material den Wälzkörpern des Kegelrollenlagers angepasst. Bevorzugt ist die den Stirnseiten der Wälzkörper zugewandte eine Anlauf-, Kontakt- oder Funktionsfläche der Bordscheibe verschleiß- und/oder reibungsoptimiert gestaltet, wozu sich eine gewellte bzw. getellerte, einem Stirnradius der Wälzkörper angepasste Struktur eignet. Ergänzend oder alternativ dazu bietet es sich an, die Anlauffläche der Bordscheibe zu beschichten.
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;
3 einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgeführten Lageranordnung;
4 einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgeführten Lageranordnung;
5 einen Ausschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgeführten Lageranordnung;
6 einen Ausschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäß ausgeführten Lageranordnung.
Das erste Ausführungsbeispiel nach 1 zeigt eine als Wellenlagerung ausgeführte Lageranordnung 1, die beispielsweise in einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere einem Differenzialgetriebe integrierbar ist. Eine Welle 2 ist dabei mittels eines als Kegelrollenlager 3 ausgebildeten Wälzlagers in einem Gehäuse 4 drehbar gelagert. Das Kegelrollenlager 3 umfasst einen auf der Welle 2 fixierten Lagerinnenring 5, 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. Durch Anlage des Lagerinnenrings 5 an einer Schulter 12 der Welle 2 wird die Einbaulage des Kegelrollenlagers 3 festgelegt. Den Wälzkörpern 11 ist eine einen Axialanschlag bildende Bordscheibe 13a zugeordnet, die gegenseitig an der Schulter 12 der Welle 2 abgestützt und lose auf dem Lagerinnenring 5 geführt ist. Zur Verschleiß- und Reibungsoptimierung ist eine einem Stirnradius R der Stirnseiten 14 der Wälzkörper 11 zugewandte Anlauffläche 15 der Bordscheibe 13a entsprechend ausgeführt, beispielsweise beschichtet oder mit einer getellerten bzw. gewellten Struktur. Die Bordscheibe 13a ist formschlüssig mit dem Wälzkörperkäfig 10 des Kegelrollenlagers 3 verbunden. Dazu greift ein radial in Richtung des Lagerinnenrings 5 abgewinkelter Schenkel 16 spielbehaftet in eine umlaufende Ausnehmung 17 oder Nut der Bordscheibe 13a. Mit dieser Maßnahme ist die Bordscheibe 13a verliergesichert und bildet gemeinsam mit dem Lagerinnenring 5, den Wälzkörpern 11 sowie dem Wälzkörperkäfig 10 eine auch als gebauter Lagerinnenring zu bezeichnende Einheit.
Die 2 bis 6 veranschaulichen alternative Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Lageranordnungen 1, wobei für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Die Beschreibungen der weiteren Figuren beschränken sich auf die unterschiedlichen Ausgestaltungen.
In 2 ist abweichend zur 1 die Bordscheibe 13b mit einem am Lageraußenring 8 fixierten Dichtelement 18 formschlüssig verbunden. Das neben einer Dichtfunktion für das Kegelrollenlager 3 weiterhin eine Verliersicherung für die Bordscheibe 13b ausübende, bevorzugt armierte Dichtelement 18 greift innenseitig in eine Aussparung 19 der Bordscheibe 13a. Eine verbesserte Dichtwirkung des Dichtelements 18 kann durch eine endseitige Dichtlippe erzielt werden, die im Bereich der Aussparung 19 an der Bordscheibe 13b dichtend anliegt. Alternativ dazu bietet es sich an, dass ein Endbereich des Dichtelementes 18 unter Einhaltung eines Ringspaltes mit einer äußeren der Schulter 12 benachbarten Mantelfläche der Welle 2 zusammenwirkt.
Die Lageranordnungen 1 gemäß den 3 und 4 entsprechen bis auf den fehlenden Lagerinnenring den 1 und 2. Die Wälzkörper 11 sowie die Bordscheibe 13a, 13b sind dazu unmittelbar auf einer konischen Innenlaufbahn 21 der Welle 2 geführt, die dazu entsprechend gehärtet oder oberflächenbehandelt ist.
Die 5 und 6 zeigen die Lageranordnung 1, bei der die Bordscheibe 13c auf einem der Schulter 12 der Welle 2 vorgelagerten zylindrischen Wellenabschnitt 20 lagefixiert ist. Bevorzugt ist dazu die Bordscheibe 13c kraftschlüssig über einen Presssitz auf dem Wellenabschnitt 20 der Welle 2 befestigt.
Bezugszeichenliste

1: Lageranordnung
2: Welle
3: Kegelrollenlager
4: Gehäuse
5: Lagerinnenring
6: Innenlaufbahn
7: Aufnahme
8: Lageraußenring
9: Außenlaufbahn
10: Wälzkörperkäfig
11: Wälzkörper
12: Schulter
13a: Bordscheibe
13b: Bordscheibe
13c: Bordscheibe
14: Stirnseite
15: Anlauffläche
16: Schenkel
17: Ausnehmung
18: Dichtelement
19: Aussparung
20: Wellenabschnitt
21: Innenlaufbahn
R: Stirnradius

Claims

Lageranordnung für ein Getriebe, die ein einer Welle (2) zugeordnetes Kegelrollenlager (3) umfasst, dessen Wälzkörper (11) in einem Wälzkörperkäfig (10) eingesetzt, an einer konischen bordlosen Außenlaufbahn (9) eines Lageraußenrings (8) sowie an einer konischen bordlosen Innenlaufbahn (6, 21) eines Bauteils der Lageranordnung (1) geführt sind und die Wälzkörper (11) mittelbar über eine separate Bordscheibe (13a, 13b, 13c) an der Welle (2) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (13a, 13b, 13c) kraftschlüssig an der Welle (2) lagefixiert oder formschlüssig mit einem Bauteil des Kegelrollenlagers (3) verbunden ist, wobei eine unmittelbare axiale Abstützung der Bordscheibe (13a, 13b, 13c) auf eine Stirnseite (14) der Wälzkörper (11) und auf eine Schulter (12) der Welle (2) begrenzt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) unmittelbar an der konischen Innenlaufbahn (21) der Welle (2) geführt sind.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) an der konischen Innenlaufbahn (6) eines auf der Welle (2) fixierten, bordlosen Lagerinnenrings (5) geführt sind.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (11) sowie die Bordscheibe (13a) gemeinsam auf dem Lagerinnenring (5) angeordnet sind.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bordscheibe (13c) auf einem der Schulter (12) der Welle (2) vorgelagerten Wellenabschnitt (20) positioniert ist.
Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lose auf der Welle (2) oder dem Lagerinnenring (5) geführte Bordscheibe (13a) formschlüssig mit dem Wälzkörperkäfig (10) des Kegelrollenlagers (3) verbunden ist.
Lageranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperkäfig (10) des Kegelrollenlagers (3) mit einem abgewinkelten Schenkel (16) in eine radiale Ausnehmung (17) der Bordscheibe (13a) eingreift.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führung der Bordscheibe (13b) über ein Dichtelement (18) des Kegelrollenlagers (3) erfolgt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Wälzkörpern (11) zugewandte Anlauffläche (15) der Bordscheibe (13a, 13b, 13c) einer Stirnseite (14) der Wälzkörper (11) angepasst ausgeführt ist.